Якість JPEG

JPEG – це не просто формат файлів для зберігання зображень, а складний метод кодування та декодування зображень, який має багато налаштувань.

Сучасні передові цифрові камери мають кілька основних налаштувань JPEG:

1. Якість знімка JPEG
2. Розмір зображення JPEG
3. Налаштування параметрів знімка

Під якістю зображення розуміють кількість корисних даних, які може зберегти JPEG. Формат JPEG був розроблений для компактного зберігання зображень, в його основі лежать методи та алгоритми стиснення та оптимізації зображень. Алгоритми кодування JPEG дуже складні і витончені, але в основі лежить рівень стиснення, від якого залежить кінцева якість знімка. На відміну від BMP, TIFF та подібних форматів, JPEG не зберігає дані про кожен окремий піксель зображення, а лише векторні зміщення кольорів. За великим рахунком це геніальна математична абстракція зображення, в якій єдиним реально закодованим пікселем є верхній лівий піксель. Я не вникатиму в суть стиснення, зупинюся лише на тому, що рівень стиснення у форматі JPEG впливає на якість знімка JPEG.

Наприклад, у камері Nikon D40 можна встановити 3 рівні якості знімка JPEG

• Висока якість – Fine
• Стандартна якість – Norm
• Базова якість – Basic

У загальному випадку, режим Fine передбачає збереження знімка у форматі JPEG зі 100% збереженням деталей. Але через специфіку роботи алгоритму, 100% є умовними. Режим Norm має рівень стиснення вдвічі більший, ніж режим Fine. А режим Basic стискає фотографії вчетверо сильніше, ніж режим Fine. Таким чином ми отримуємо файли зображень меншим обсягом та з меншою кількістю корисних даних. Рівень стиснення легко простежити за максимальним розміром файлу за різного рівня стиснення JPEG. Так, для Nikon D40:

• Fine - 3,4 МБ
• Norm - 1,8 МБ
• Basic - 0,9 МБ

Найцікавіше, що обсяг файлів, які показує камера в налаштуваннях меню є максимальним розрахунковим обсягом при заданому кодуванні. Через особливості алгоритму, наприклад, знімаючи з якістю Fine, навряд чи можна буде отримати файл саме з 3.4МБ, зазвичай алгоритм справляється краще і створює більш дрібні файли. Розмір файлу JPEG залежить саме від того, що є на зображенні. Якщо говорити грубо, то знімок із рівномірно синім небом алгоритм закодує з мінімальними витратами і в результаті отримаємо замість 3.4МБ приблизно 1МБ. А ось якщо знімати вночі на високих значеннях ISO, можна отримати файл розміром близько 3МБ. Це пов'язано з тим, що на високих значеннях ISO буде багато цифрового шуму, тобто на фотографії буде багато різнорідних пікселів, для яких складно підібрати інтерполяцію (усереднення) та алгоритму JPEG потрібно використовувати більше пам'яті, щоб зберегти всі деталі на знімку.

Увага: через те, що камера розраховує кількість кадрів, що залишилися на картці саме за максимальним допустимим обсягом знімка, реальна їх кількість значно більша. Наприклад, я використовую 16GB картку пам'яті на Nikon D40. При цьому у різних режимах камера показує:

• Fine – 4400 фото
• Norm – 8400 фото
• Basic – 16.400 фото /

А насправді у мене в режимі Fine легко вміщується понад 6000 фотографій.

Ось приклад падіння якості фотографії при використанні програмної обробки одного і того ж знімка з різним рівнем стиснення.

Якість 100%. Розмір файлу 308 kb

Якість 70%. Розмір файлу 107 kb

Якість 40%. Розмір файлу 89,4 kb

Якість 1%. Розмір файлу 60,5 kb

У загальному випадку, те саме відбувається і при різних налаштуваннях якості. Дуже часто різницю між різними налаштуваннями камерного JPEG відчути дуже складно, адже камера та маркетологи завжди намагаються тішити нас хорошими фотографіями. А ось різниця в обсязі файлів часто дуже помітна.

Також, більшість сучасних цифрових камер мають налаштування розміру зображення. Ця установка показує, скільки мегапікселів матиме знімок. Для прикладу, Nikon D40:

• Великий, L (large) – 6.0MP, 3008X2000 пікселів
• Середній, M (medium) – 3.3MP, 2256X1496 пікселів
• Маленький, S (small) – 1.5MP, 1504X1000 пікселів

Таке налаштування дозволяє зберігати файли не тільки оригінального розміру, що є найбільшим, але й файли з меншою кількістю точок (пікселів). Ця установка важлива для збереження місця. Найчастіше знімки можуть нести надмірну інформацію. Надлишкова інформація - це пікселі, які не несуть корисної інформації. Наприклад, такі пікселі є цифровим шумом, з'являються через неякісну оптику. При використанні меншого формату можна нічого не втратити.

Все те саме стосується не тільки Nikon D40, яку я використав як приклад, але й інші цифрові камери.

Важливе зауваження: коли ми використовуємо великий (максимальний) розмір зображення JPEG, кодується вся інформація з усієї матриці фотоапарата. Коли ми використовуємо менший розмір знімка, сама камера все одно робить знімок за допомогою всієї матриці, тобто, за допомогою всіх доступних пікселів. Тільки після цього знімок зменшується програмно до вказаного значення. Це з стандартним циклом роботи АЦП камери. Не варто думати, що якщо знімати в маленькому розмірі знімка, то будуть працювати лише окремі пікселі на камері, і при цьому можна буде отримати збільшення дифракційного порога або заощадження батареї.

Важливе зауваження: практично завжди можна комбінувати якість знімка та його розмір. Таким чином, можна підбирати будь-які варіанти якості кінцевого зображення. Також, будь-які маніпуляції з розміром та якістю JPEG дуже сильно впливають на можливості буфера кадрів сучасні камери. Чим менший розмір і що менше якість – тим більше фотографій може помістити в буфер кадрів під час серійної зйомки. Наприклад, у форматі JPEG L, Fine Nikon D40 може помістити тільки 7 знімків, а M, Norm цілих 17. Власне, заради маніпуляцій з буфером я і почав цю статтю.

Алгоритми, якими відбувається стиск від розміру L до М чи S дуже складні та його існує безліч. Наприклад, зменшення знімка можна виконати і на комп'ютері, для цього програма обробник може використовувати такі алгоритми зменшення розміру: LancZos3, Bell, Bicubic, Bilinear, BSplite, FastLinear, LancZos2, Linear, Mitchell, Nearest, Triangle та купу інших. Використовуючи формат JPEG, ми з чистої фотографії потрапляємо в абстрактне математичне поле матриць, векторів та розумом незбагненних тонкощів.

720Х479. Файл важить 193 kb

640Х426. Файл важить 159 kb

320Х213. Файл важить 51,2 kb

160Х106. Файл важить 24,1kb

Дуже часто величезного розміру зображення, наприклад, 30 мегапіксельні знімки на мобільні телефони, займають величезний обсяг, а весь потенціал 30 мегапікселів просто не використовується. Тому можна сміливо ставити менший розмір знімків. Від себе додам, що для зручного перегляду фотографій навіть на найдорожчих моніторах з матрицею 2560×1600 достатньо близько 4-х мегапіксельного знімка, а для друку форматом 10Х15 взагалі потрібно лише близько 1 мегапікселя. Згадайте, коли востаннє друкували фотографії або збільшували знімок на комп'ютері? З особистого досвіду скажу, що величезна кількість пікселів сучасних камер потрібні лише для серйозного фотографування. Для звичайних побутових завдань я не бачу потреби ганятися за кількістю мегапікселів, а в камері з великою кількістю можна зменшувати розмір вихідного знімка без серйозної втрати в якості.

Деякі сучасні камери мають додаткові параметри JPEG. Наприклад, просунуті камери Nikon, такі як Nikon D700, D800 мають налаштування пріоритету якості/розміру JPEG. Це налаштування дозволяє вказати алгоритму те що, що важливіше при обробці зображення – величина файлу чи якість.

Важливо: Для найкращої якості знімків я все ж таки рекомендую використовувати найбільший розмір знімків з найкращою якістю. Наприклад, для камер Nikon це L, Fine, пріоритет якості. А ось повністю весь потенціал і точність передачі зображення з матриці на карту пам'яті може реалізувати тільки формат RAW. Але навіть RAW файли в деяких камерах проходять через спеціальне 'обтискання' для зменшення їх розмірів, тут потрібно бути дуже обережним.

Висновки:

Формат JPEG – дуже цікава методологія збереження графічних файлів. Раджу поексперементувати з різною якістю та розміром зображення на своїх камерах, дуже часто можна серйозно економити місце, отримуючи хороший результат на фотографіях.

Не забудьте натиснути на кнопки ↓↓↓ соцмереж ↓↓↓ – це важливо для мене. Спасибі за увагу. Аркадій Шаповал.