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Gemeinsame Fotoexpertengruppe
Ein Foto einer Blume mit zunehmend verlustbehafteten Kompressionsverhältnissen von links nach rechts.
Dateierweiterung	jpeg, jpg, jpe, jfif, jfi, jif
Mime Typ	Bild/jpeg
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Mit der Abkürzung JPEG (ausgesprochen: jee-peg) wird a Datei Format zum Speichern angezeigt Rasterbilder in digitaler Form. Es ist eine Form von Datenkompression und von Quellcodierung. Der Name steht für gemeinsame fotografische Expertengruppe.

Das JPEG-Dateiformat bietet mehrere Komprimierungsoptionen. Je höher die Komprimierung, desto kleiner die Datei und desto geringer die Bildqualität. Der Qualitätsverlust von JPEG ist bei Fotos nicht sehr auffällig, aber beispielsweise bei Grafiken, Linien oder Buchstaben. Für diese Art von Bildern ist die GIF- oder PNGKompression besser geeignet, oder die neue ROHMethode, bei der die Speicherung ohne Komprimierung erfolgt und das Bild später über eine geeignete Software bearbeitet werden kann. Daher wird JPEG oft verwendet für Foto's, zum Beispiel mit gemaakt Digitalkameras.

Ein Manko des JPEG-Dateiformats besteht darin, dass nur 8 Bit pro Farbe (rot, grün und blau) möglich sind und es keine Möglichkeit gibt, einen Teil des Bildes transparent zu machen. 2009 etwas teurer DigitalkameraFotos mit mehr Bits pro Farbe. Ebenfalls Scanner kann mehr als 8 Bit Farbe scannen. Da die Qualität der Geräte weiter steigt, wird das JPEG-Dateiformat nach und nach immer weniger verwendet.

Ein Relikt aus der Zeit, als das Betriebssystem MS-DOS beliebt ist, dass die JPEG-Dateien oft die Erweiterung Holen Sie sich 'JPG' (drei Buchstaben waren das Maximum).

Operation

Das JPEG-Format ist komplex. Im Gegensatz zu Formaten wie PNG oder GIF, verwendet keinen einzigen Mechanismus, sondern viele Schritte hintereinander, um zur endgültigen JPEG-Datei zu gelangen.

Nehmen wir an, wir haben ein Bild mit 16 x 16 Pixeln, wie in diesem (vergrößerten) Beispiel:

• 

  rot

• 

  Grün

• 

  Blau

Dieses Bild besteht aus drei Farbkanälen: Rot, Grün und Blau. Diese Kanäle sind in den Bildern rechts aufgeschlüsselt. der Mensch Auge ist empfindlicher auf Helligkeit als auf Farbe. Um die Datei zu verkleinern, können wir Informationen so unauffällig wie möglich entfernen. Das Entfernen von Farbdetails ist weniger auffällig als Helligkeitsdetails. Deshalb sollen wir weniger Informationen über Farbe als über Helligkeit speichern.

• 

  Ja

• 

  SIE

• 

  V

Das geht nicht im RGB-Farbraum. Daher werden die drei Kanäle in die umgewandelt YUV-Farbraum. Der Y-Kanal enthält dann die Intensität, die U- und V-Kanäle die Farbinformationen. JPEG bietet die Möglichkeit, die U- und V-Kanäle unberührt zu lassen oder die Auflösung um den Faktor 2 oder 4 zu reduzieren. Das Ergebnis, wie die Farbkanäle mit Faktor 4 aussehen, ist rechts zu sehen.

Dann wird jeder Kanal separat behandelt. Ein Kanal ist in Blöcke von 8 mal 8 Pixel unterteilt. Auf einem solchen Block a diskrete Kosinustransformation angewendet. Das Ergebnis ist wieder ein Block von 8 mal 8 Pixeln. In diesem Feld ist das Pixel oben links die durchschnittliche Farbe des Bildes. Wenn Sie sich nun nach rechts oder unten bewegen, bestimmen diese Pixel Details von immer kleineren Bereichen.

Die diskrete Kosinustransformation ist mathematisch exakt reversibel; in der Praxis jedoch aufgrund der begrenzten arithmetische Genauigkeit in dem Computer einige Informationen verloren.

Die Pixel rechts unten im transformierten Block bestimmen sehr feine Details. Wenn wir diese wegwerfen, gehen nur einige feine Details verloren. Das macht man auch mit JPEG. Im JPEG-Standard sind eine Reihe von Quantisierung-Matrizen inbegriffen. Abhängig von der vom Benutzer gewählten Qualität wird eine andere Matrix gewählt.

In dieser 8 mal 8 Matrix gibt es eine Zahl für jedes Pixel. Für alle Pixel im transformierten Block wird der Pixelwert durch die Zahl in der Quantisierungsmatrix geteilt. Bei hoher Qualität werden viele Pixel durch 1 geteilt, da die Qualität herunterskaliert wird, werden die Pixel rechts unten durch größere Zahlen geteilt.

Eine der Quantisierungsmatrizen sieht so aus:

Da Berechnungen mit ganzen Zahlen durchgeführt werden, werden Informationen verworfen. Die Idee hinter dieser Freigabe ist, dass Sie viele niedrige Pixelwerte erhalten. Wenn Sie die JPEG-Qualität verringern, werden viele Pixel im transformierten Block durch 128 geteilt. So bleibt nach der Division immer eine 0 oder 1 übrig.

Dann werden die Pixel zu einer langen Kette von 64 Pixeln linearisiert. Dies geschieht in einer ganz besonderen Reihenfolge: Die folgende Tabelle zeigt, welche Pixel wo im String platziert sind.

Der Zweck ist, so viele Nullen wie möglich zusammenzufassen, damit Sie effektiv Lauflängencodierung kann sich bewerben. Das ist der nächste Schritt.

Im letzten Schritt wird der transformierte Block von 8 mal 8 Pixeln mit a Huffman-Codierung bearbeitet. Das Ergebnis wird in der JPEG-Datei gespeichert.

Kompression vs. Qualität

Bei den meisten Programmen können Sie die Qualität einstellen, in der ein Foto gespeichert wird. Eine höhere Qualität macht die Datei größer und eine niedrigere Qualität macht die Datei kleiner. Jedes Programm hat seine eigene Methode, um die bestmögliche Qualität in der kleinstmöglichen Datei zu speichern. Die Einstellung des Kompressionsfaktors oder Qualitätsfaktors wird ebenfalls vom Programm bestimmt und ist je nach Programm unterschiedlich.

Die folgenden Beispiele zeigen die Wirkung der gewählten Qualität auf einer Skala von 0 bis 100 (dies ist bei jedem Programm unterschiedlich, diese Beispiele wurden mit den gimp, mit einer ganzen Zahl DCTMethode und 2 × 2,1 × 1,1 × 1-Unterabtastung).

• 

  Qualität 0

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  Qualität 10

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  Qualität 20

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  Qualität 30

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  Qualität 40

• 

  Qualität 50

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  Qualität 60

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  Qualität 70

• 

  Qualität 80

• 

  Qualität 90

• 

  Qualität 100

• 

  Original

Auf den ersten Blick sieht eine Qualität von 80 schon gut aus, aber wenn ein Detail vergrößert wird, dann sind es bei einer Qualität von 90 noch Artefakte sichtbar und selbst eine Qualität von 100 weist noch Farbunterschiede zum Original auf.

• 

  Detailqualität 70

• 

  Detailqualität 80

• 

  Detailqualität 90

• 

  Detailqualität 100

• 

  detail original

Zusätzliche Daten in der JPEG-Datei

Eine JPEG-Datei kann verschiedene zusätzliche Daten oder Metadaten enthalten. Diese werden als APP-Marker bezeichnet:

• Kommentar: Kommentare frei ausfüllen.
• EXIF: Daten von der Digitalkamera oder Scanner.
• IPTC: Standardisiertes Format für Bilddaten.
• Andere, nicht standardmäßige Daten.

Viele Fotoorganisationsprogramme fügen den Dateien auch die "Tags" hinzu. Das Fotogallerie Microsoft fügt diese Tags auf eigene Weise der Fotodatei hinzu. Und Adobe-Fotoalbum tut dies, und zwar auf seine Weise.

Verlustfreie Bearbeitung

Da die JPEG-Komprimierung in horizontaler und vertikaler Richtung gleich funktioniert, ist es möglich, ein bereits als JPEG-Datei gespeichertes Bild verlustfrei um 90 Grad (sowie 180° und 270°) zu drehen. Eine verlustfreie Spiegelung (horizontal und vertikal) ist ebenfalls möglich.

Mögliches Softwarepatent

Im April 2004 beschwerte sich Forgent-Netzwerke 31 Unternehmen (einschließlich Adobe, Apfel, IBM) in Verbindung mit Verletzung von Softwarepatenten. Es Texaner Unternehmen besitzt eine op 27. Oktober1986 übertragenes Patent, das im JPEG-Format verwendet werden würde; das Patent beschreibt ein Verfahren zum Komprimieren von bewegten Bildern und enthält Quantisierungsähnlichkeiten zum JPEG-Format. Darüber hinaus beschreibt das Patent eine Kosinustransformation, die auf den ersten Blick nicht dem entspricht, was innerhalb von JPEG passiert. Dreißig weitere Unternehmen haben bereits insgesamt 90 Millionen US-Dollar gezahlt. Inzwischen ist dieses Patent abgelaufen und die Nichtigkeit dieses Patents wurde nachgewiesen.^[1]

Siehe auch

• JPEG 2000
• JNG
• PNG