JPEG, JPG
Los datos de una imagen pueden ser grabados en diferentes formatos. El jpg es, sin duda, el formato más popular. Su gran ventaja es ser un formato comprimido, lo que le permite ocupar poco espacio en la memoria de la cámara o ser enviado con rapidez por internet.
JPEG (del inglés Joint Photographic Experts Group, Grupo Conjunto de Expertos en Fotografía), es el nombre de un comité de expertos que creó un estándar de compresión y codificación de archivos de imágenes fijas. Este comité fue integrado desde sus inicios por la fusión de varias agrupaciones en un intento de compartir y desarrollar su experiencia en la digitalización de imágenes. La ISO, tres años antes (abril de 1983), había iniciado sus investigaciones en el área.
Además de ser un método de compresión, es a menudo considerado como un formato de archivo. JPEG/Exif es el formato de imagen más común utilizado por las cámaras fotográficas digitales y otros dispositivos de captura de imagen, junto con JPG/JFIF, que también es otro formato para el almacenamiento y la transmisión de imágenes fotográficas en la World Wide Web. Estas variaciones de formatos a menudo no se distinguen, y se llaman JPEG. Los archivos de este tipo se suelen nombrar con la extensión
Además de ser un método de compresión, es a menudo considerado como un formato de archivo. JPEG/Exif es el formato de imagen más común utilizado por las cámaras fotográficas digitales y otros dispositivos de captura de imagen, junto con JPG/JFIF, que también es otro formato para el almacenamiento y la transmisión de imágenes fotográficas en la World Wide Web. Estas variaciones de formatos a menudo no se distinguen, y se llaman JPEG. Los archivos de este tipo se suelen nombrar con la extensión
Compresión del JPEG
Comparativa de calidad entre la imagen original, comprimida en JPG (con pérdida) y comprimida en WebP (con pérdida).
El algoritmo de compresión JPEG se basa en dos defectos visuales del ojo humano, uno es el hecho de que es mucho más sensible al cambio en la luminancia que en la crominancia, es decir, capta más claramente los cambios de brillo que de color. El otro es que nota con más facilidad pequeños cambios de brillo en zonas homogéneas que en zonas donde la variación es grande, por ejemplo en los bordes de los cuerpos de los objetos.
Una de las características del JPEG es la flexibilidad a la hora de ajustar el grado de compresión. Un grado de compresión muy alto generará un archivo de pequeño tamaño, a costa de una pérdida significativa de calidad. Con una tasa de compresión baja se obtiene una calidad de imagen muy parecida a la del original, pero con un tamaño de archivo mayor.
La pérdida de calidad cuando se realizan sucesivas compresiones es acumulativa. Esto significa que si se comprime una imagen y se descomprime, se perderá calidad de imagen, pero si se vuelve a comprimir una imagen ya comprimida se obtendrá una pérdida todavía mayor. Cada sucesiva compresión causará pérdidas adicionales de calidad. La compresión con pérdida no es conveniente en imágenes o gráficos que tengan textos, líneas o bordes muy definidos, pero sí para archivos que contengan grandes áreas de colores sólidos.
Codificación
Muchas de las opciones del estándar JPEG se usan poco. Esto es una descripción breve de uno de los muchos métodos usados comúnmente para comprimir imágenes cuando se aplican a una imagen de entrada con 24 bits por pixel (ocho por cada rojo, verde, y azul, o también dicho "8 bits por canal"). Esta opción particular es un método de compresión con pérdida.Transformación del espacio de color
Esquema del modelo RGB.
Esquema del modelo YUV.
Este espacio de color (YUV) tiene tres componentes:
- La componente Y, o luminancia (información de brillo), es decir, la imagen en escala de grises.
- Las componentes U o Cb y V o Cr, respectivamente diferencia del azul (relativiza la imagen entre azul y rojo) y diferencia del rojo (relativiza la imagen entre verde y rojo); ambas señales son conocidas como crominancia (información de color).
Las ecuaciones que realizan este cambio de base de RGB a YUV son las siguientes:
Y = 0.257 * R + 0.504 * G + 0.098 * B + 16Las ecuaciones para el cambio inverso se pueden obtener despejando de las anteriores y se obtienen las siguientes:
Cb = U = -0.148 * R - 0.291 * G + 0.439 * B + 128
Cr = V = 0.439 * R - 0.368 * G - 0.071 * B + 128
B = 1.164 * (Y - 16) + 2.018 * (U - 128)NOTA: Estas ecuaciones están en continua investigación, por lo que se pueden encontrar en libros y en la red otras ecuaciones distintas pero con coeficientes muy parecidos.
G = 1.164 * (Y - 16) - 0.813 * (V - 128) - 0.391 * (U - 128)
R = 1.164 * (Y - 16) + 1.596 * (V - 128)
Si se analiza el primer trío de ecuaciones veremos que las tres componentes toman como valor mínimo el 16. El canal de luminancia (canal Y) tiene como valor máximo el 235, mientras que los canales de crominancia el 240, todos estos valores caben en un byte haciendo redondeo al entero más próximo. Durante esta fase no hay pérdida significativa de información, aunque el redondeo introduce un pequeño margen de error imperceptible para el ojo humano.
Submuestreo
Ligera explicación visual sobre el submuestreo, la imagen de arriba a la izquierda es la original, las otras sufren unos submuestreos de color salvajes que dan idea de los efectos de esta técnica. Ampliar para mejor visualización.
El algoritmo JPEG, transforma la imagen en cuadrados de 8×8 y luego almacena cada uno de estos como una combinación lineal o suma de los 64 recuadros que forman esta imagen, esto permite eliminar detalles de forma selectiva, por ejemplo, si una casilla tiene un valor muy próximo a 0, puede ser eliminada sin que afecte mucho a la calidad.
Algunos programas que permiten el guardado de imágenes en JPEG (como el que usa GIMP) se refieren a estos métodos con 1×1,1×1,1×1 para YUV 4:4:4 (no perder color), 2×1,1×2,1×1 para YUV 4:2:2 y 2×2,1×1,1×1 para el último método, YUV 4:2:0.
Las técnicas algorítmicas usadas para este paso (para su reconstrucción exactamente) suelen ser interpolación bilineal, vecino más próximo, convolución cúbica, Bezier, b-spline y Catmun-Roll.rh
Transformación discreta de coseno o DCT
Cada componente de la imagen se divide en pequeños bloques de 8×8 píxeles, que se procesan de forma casi independiente, lo que disminuye notablemente el tiempo de cálculo. De esto resulta la típica formación cuadriculada, que se vuelve visible en las imágenes guardadas con alta compresión. Si la imagen sufrió un submuestreo del color, los colores quedarían en la imagen final en bloques de 8×16 y 16×16 píxeles, según fuese 4:2:2 o 4:2:0.Después, cada pequeño bloque se convierte al dominio de la frecuencia a través de la transformación discreta de coseno, abreviadamente llamada DCT.
Un ejemplo de uno de esos pequeños bloques de 8×8 inicial es este:
Cuantificación digital
"Antes de", en un bloquecillo 8×8 (ampliación ×16).
"Después de", en un bloquecillo 8×8, se notan errores respecto a la primera imagen, como en la esquina inferior izquierda, que está más clara.
Una matriz de cuantificación típica es la matriz de Losheller que se usa opcionalmente en el estándar JPEG:
Codificación entrópica
La codificación entrópica es una forma especial de la compresión sin pérdida de datos. Para ello se toman los elementos de la matriz siguiendo una forma de zig-zag, poniendo grupos con frecuencias similares juntos, e insertando ceros de codificación, y usando la codificación Huffman para lo que queda. También se puede usar la codificación aritmética, superior a la de Huffman, pero que rara vez se usa, ya que está cubierta por patentes, esta compresión produce archivos un 5% menores, pero a costa de un mayor tiempo de codificación y decodificación, esta pequeña ganancia, puede emplearse también en aplicar un menor grado de compresión a la imagen, y obtener más calidad para un tamaño parecido.En la matriz anterior, la secuencia en zig-zag, es esta:
−26, −3, 0, −3, −2, −6, 2, −4, 1 −4, 1, 1, 5, 1, 2, −1, 1, −1, 2, 0, 0, 0, 0, 0, −1, −1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0
JPEG tiene un código Huffman para cortar la cadena anterior en el punto en el que el resto de coeficientes sean ceros, y así, ahorrar espacio:
−26, −3, 0, −3, −2, −6, 2, −4, 1 −4, 1, 1, 5, 1, 2, −1, 1, −1, 2, 0, 0, 0, 0, 0, −1, −1, EOB
Ruido producido por la compresión
Tras la compresión, suelen quedar a veces bloques como estos, en este caso en un trozo de una imagen ampliado.
La mayoría de personas que naveguen por Internet estarán familiarizadas con estas imperfecciones, son el resultado de lograr una buena compresión; para evitarlos, se tendrá que reducir el nivel de compresión o aplicar compresión sin pérdida, produciendo mayores ficheros después.
Decodificación
El proceso de decodificación es similar al seguido hasta ahora, sólo que de forma inversa. En este caso, al haber perdido información, los valores finales no coincidirán con los iniciales.Se coge la información de la matriz, se decodifica, y se pone cada valor en su casilla correspondiente. Después se multiplica cada uno de estos valores por el valor correspondiente de la matriz de cuantización usada, como muchos valores son ceros, sólo se recuperan ( y de forma aproximada) los valores de la esquina superior izquierda.
Después se deshace la transformación DCT:
Errores producidos por una compresión excesiva: Antes de y después de.
JPEG y la fotografía digital
Este formato lo creó The Joint Photographers Experts Group. Es uno de los formatos más conocidos para la compresión de fotografías digitales. Es uno de los pocos formatos que se soporta en Internet (Web)Todas las cámaras digitales y escáneres almacenan las imágenes en formato JPEG, no obstante y dado que la compresión de este formato afecta a la calidad de imagen, se puede escoger diferentes niveles de compresión:
A más baja compresión mayor calidad.
A más alta compresión menor calidad.
Cuando se opta por una compresión alta, es para crear archivos que ocupen poco espacio para la Web o enviarlas por correo electrónico. JPEG es el único formato de archivo, que puede llegar a comprimir una imagen hasta sólo un 10% de su tamaño original, sin que el ojo humano pueda percibir diferencias, antes y después del proceso de compresión.
JPEG soporta 24 bits.
Normas a seguir antes de editar un JPEG
Antes de editar una imagen en JPEG, conviene que tengamos en cuenta los siguientes puntos, para no perder calidad en el archivo:
* No guardar imágenes en formato JPEG si se van a modificar.
* Cada vez que abramos un archivo o lo editemos, la imagen sufre una compresión y pérdida de calidad.
* Antes de editar una imagen en JPG, la guardaremos inicialmente una copia en formato BMP o TIFF con la máxima profundidad de color.
Windows bitmap
De Wikipedia, la enciclopedia libre
| Windows bitmap | |
|---|---|
| Desarrollador | |
| Microsoft | |
| Información general | |
| Extensión de archivo | .bmp or .dib |
| Tipo de MIME | image/x-ms-bmp (no oficial) |
| Tipo de formato | Gráfico rasterizado |
| Formato abierto | ? |
Los archivos con extensión .BMP, en los sistemas operativos Windows, representan la sigla BitMaP (o también Bit Mapped Picture), o sea mapa de bits. Los archivos de mapas de bits se componen de direcciones asociadas a códigos de color, uno para cada cuadro en una matriz de píxeles tal como se esquematizaría un dibujo de "colorea los cuadros" para niños pequeños. Normalmente, se caracterizan por ser muy poco eficientes en su uso de espacio en disco, pero pueden mostrar un buen nivel de calidad. A diferencia de los gráficos vectoriales, al ser reescalados a un tamaño mayor, pierden calidad. Otra desventaja de los archivos BMP es que no son utilizables en páginas web debido a su gran tamaño en relación a su resolución.
Dependiendo de la profundidad de color que tenga la imagen cada píxel puede ocupar 1 o varios bytes. Generalmente se suelen transformar en otros formatos, como JPEG (fotografías), GIF o PNG (dibujos y esquemas), los cuales utilizan otros algoritmos para conseguir una mayor compresión (menor tamaño del archivo).
Los archivos comienzan (cabecera o header) con las letras 'BM' (0x42 0x4D), que lo identifica con el programa de visualización o edición. En la cabecera también se indica el tamaño de la imagen y con cuántos bytes se representa el color de cada píxel.
A continuación se detalla la estructura de la cabecera de un fichero .BMP
| Bytes | Información |
|---|---|
| 0, 1 | Tipo de fichero "BM" |
| 2, 3, 4, 5 | Tamaño del archivo |
| 6, 7 | Reservado |
| 8, 9 | Reservado |
| 10, 11, 12, 13 | Inicio de los datos de la imagen |
| 14, 15, 16, 17 | Tamaño de la cabecera del bitmap |
| 18, 19, 20, 21 | Anchura (píxels) |
| 22, 23, 24, 25 | Altura (píxels) |
| 26, 27 | Número de planos |
| 28, 29 | Tamaño de cada punto |
| 30, 31, 32, 33 | Compresión (0=no comprimido) |
| 34, 35, 36, 37 | Tamaño de la imagen |
| 38, 39, 40, 41 | Resolución horizontal |
| 42, 43, 44, 45 | Resolución vertical |
| 46, 47, 48, 49 | Tamaño de la tabla de color |
| 50, 51, 52, 53 | Contador de colores importantes |
fuentes:
wikipedia,
soymaquero.com
