Forstå JPEG: Baseline vs. Progressiv

JPEG er uden tvivl den mest udbredte billedtype på internettet, og det er der gode grunde til. I årtier har JPEG-formatet været det foretrukne valg til kodning af fotografier. Selve navnet afslører formålet: JPEG står for "Joint Photographic Experts Group", komitéen der først udgav standarden i 1992. Du vil typisk se filendelsen .jpg eller .jpeg, selvom sidstnævnte er mindre almindelig i dag.

Mens tabsfri komprimering passivt komprimerer billeddata bedst muligt, søger JPEGs tabsgivende komprimering aktivt efter muligheder for at gøre komprimeringen mere effektiv ved hjælp af små, ofte usynlige ændringer af billeddataene. JPEG koder billeddata som blokke på otte gange otte pixels og beskriver disse blokke, snarere end individuelle pixels, ved hjælp af algoritmer.

Det kan lyde som en akademisk forskel: "GIF bruger et gitter af pixels, mens JPEG bruger et gitter af mindre gitter af pixels." I praksis betyder denne brug af blokke i stedet for pixels, at JPEG er velegnet til et langt mere almindeligt brugsscenarie for billeder: de subtile, lagdelte gradienter, der udgør et fotografi fra den virkelige verden.

At beskrive selv en simpel gradient pixel for pixel med GIF-lignende kodning ville være ekstremt detaljeret:

• I række et, kolonne et til ni er #00CC00.
• Række et, kolonne ti er #00BB00.
• Række et, kolonne elleve er #00AA00.
• Række et, kolonne tolv er #009900.
• Række et, kolonne tretten er #008800.
• Række et, kolonne fjorten er #007700.
• Række et, kolonne femten er #006600.
• Række et, kolonne seksten er #005500.

At beskrive en gradient med JPEG-lignende kodning er langt mere effektivt:

• Blok et er #00CC00.
• Blok to er en gradient fra #00CC00 til #005500.

Hvad der især adskiller JPEG, er kvantiseringen af niveauet af "højfrekvente" detaljer i et billede, ofte på en måde, der er umærkelig for det menneskelige øje. Som resultat betyder lagring af et billede som JPEG typisk, at dets kvalitet reduceres på målbare, men ikke nødvendigvis synlige, måder. Som du lærte, er paletkvantisering i GIF-stil en relativt simpel operation: Reduktion af antallet af farver i et billede resulterer i mindre filer, men på en måde der er let at identificere med det menneskelige øje.

JPEG er derimod intelligent i sin tilgang til kvantisering: JPEGs tabsgivende komprimering forsøger at kvantisere en billedkilde på en måde, der løst matcher, hvordan vores egne psykofysiske systemer kvantiserer verden omkring os. Faktisk forsøger JPEG at kassere detaljer, som vi sandsynligvis ikke ville have set alligevel, hvilket muliggør yderligere komprimering.

Det menneskelige psykofysiske system gør meget for at "komprimere" de billeder, du konstant optager. Når jeg kaster et blik på min lille have, kan jeg straks behandle en enorm mængde information – for eksempel skiller de klart farvede, individuelle blomster sig ud. Jeg registrerer straks, at jorden er støvet grå og bladene hænger; mine planter har brug for vand. Hvad jeg ser, men ikke fuldt ud behandler, er den nøjagtige form, størrelse, vinkel og grønne nuance af ethvert enkelt blad. Jeg kan selvfølgelig aktivt søge efter det detaljeniveau, men det ville være for meget information at optage passivt, og der ville ikke være nogen reel fordel. Så mit psykofysiske system foretager en lille kvantisering på egen hånd og filtrerer den information til "bladene hænger".

Faktisk fungerer JPEG på samme måde. JPEGs tabsgivende komprimering reducerer detaljeniveauet i et billede på en måde, der måske slet ikke registreres af vores naturligt "tabsgivende" psykofysiske systemer – hvis det gøres inden for rimelighedens grænser – og giver langt flere muligheder for båndbreddebesparelse end tabsfri komprimering alene.

For eksempel udnytter JPEG en af vores store psykofysiske svagheder: Vores øjne er mere følsomme over for forskelle i lysstyrke end over for forskelle i farvetone. Før komprimering anvendes, bruger JPEG en proces kaldet "diskret cosinustransformation" til at opdele billedet i separate frekvenser ("lag", så at sige), der repræsenterer luminans (lys) og krominans (farve), eller "luma" og "kroma".

Luma-laget er minimalt komprimeret og kasserer kun små detaljer, der sandsynligvis ikke er mærkbare for det menneskelige øje.

Kroma-lagene reduceres betydeligt. I stedet for blot at kvantisere paletten i kroma-lagene som GIF, kan JPEG udføre en proces kaldet "subsampling", hvor et kroma-lag gemmes i en lavere opløsning. Når det rekombineres ved effektivt at strække kroma-lagene med lavere opløsning over luma-laget, er forskellen typisk umærkelig. Små forskelle i farvetone kan bemærkes, hvis vi sammenligner den originale billedkilde og vores JPEG side om side, men kun når vi ved præcis, hvad vi skal lede efter.

Når det er sagt, er JPEG ikke perfekt. Selvom JPEG er nok så genialt i sin evne til at skjule komprimering, kan det blive tydeligt, hvis det trækkes for langt. Faktisk, hvis du har brugt meget tid på nettet – især for mange år siden – har du måske bemærket resultatet af for aggressiv JPEG-filkomprimering:

At komprimere billeddata for aggressivt betyder, at detaljeniveauet reduceres mere, end vores psykofysiske systemer naturligt ignorerer, og illusionen brydes. Det bliver tydeligt, at detaljer mangler. Fordi JPEG arbejder i blokke, kan grænserne mellem disse blokke begynde at vise sig. Dette er de berygtede JPEG-artefakter, ofte kaldet "blocking".

Forskellige typer af JPEG

Ud over komprimeringsniveauet findes der forskellige måder, hvorpå JPEG-billeder kan kodes og vises. De mest almindelige er Baseline og Progressive.

JPEG Baseline (Standard)

Standard JPEG, ofte kaldet Baseline, er den mest grundlæggende form. Når et Baseline JPEG indlæses i en browser, vises billedet linje for linje fra top til bund. Hele billedet er først synligt, når alle data er overført og dekodet. Dette betyder, at brugeren ser et tomt område eller en delvist indlæst top af billedet, indtil hele filen er downloadet. Dette kan føles langsomt, især på langsomme forbindelser eller for store billeder.

JPEG Progressive

Progressiv JPEG (PJPEG) omarrangerer effektivt renderingprocessen for et JPEG. I stedet for top-til-bund indlæsning deles renderingen op i et sæt "scanninger" i fuld størrelse. Hver scanning fuldføres fra top til bund, men hver efterfølgende scanning øger billedets kvalitet. Hele billedet vises med det samme, dog sløret, og bliver derefter gradvist klarere, efterhånden som dataoverførslen fortsætter. Dette skaber en fornemmelse af hurtigere indlæsning for brugeren, da de straks ser en version af billedet, selvom det endnu ikke er i fuld kvalitet.

På papiret lyder det måske som en strengt teknisk forskel, men der er en stor perceptuel fordel: Ved at give slutbrugeren en version af billedet i fuld størrelse med det samme i stedet for et tomt rum, kan PJPEG føles hurtigere for brugeren end et Baseline JPEG.

Baseline Optimeret

Udover Standard Baseline findes også Baseline Optimeret. Denne variant er teknisk set stadig en Baseline JPEG, men den bruger mere effektive Huffman-kodningstabeller, hvilket typisk resulterer i en lidt mindre filstørrelse uden tab af kvalitet sammenlignet med standard Baseline. Dog var kompatibiliteten tidligere et problem for nogle ældre browsere, selvom dette sjældent er et problem i moderne webudvikling.

Fordele og Ulemper: Baseline vs. Progressiv

Valget mellem Baseline og Progressiv afhænger ofte af prioriteter. Her er en opsummering:

Baseline (Standard) Fordele:

• Maksimal kompatibilitet med ældre browsere og software.
• Lidt mindre krævende for klientens processor under dekodning (minimal forskel i dag).

Baseline (Standard) Ulemper:

• Billedet vises først, når det er fuldt downloadet, hvilket kan føles langsomt.
• Typisk en marginalt større filstørrelse end Progressive for større billeder.

Progressiv Fordele:

• Oplevet hurtigere indlæsning, da en version af billedet vises med det samme.
• Typisk en marginalt mindre filstørrelse end Baseline for større billeder.
• Bedre brugeroplevelse på langsomme forbindelser.

Progressiv Ulemper:

• Kræver lidt mere processorkraft på klientsiden for at dekode og vise de successive scanninger.
• Minimalt lavere kompatibilitet med meget gamle systemer (sjældent relevant).

Den øgede rendering-overhead for PJPEG er svær at kvantificere præcist, men den er meget lille og vil sandsynligvis ikke være mærkbar, undtagen på enheder med meget lav ydeevne. Det er en afvejning, der er værd at foretage, og kort sagt er Progressive en fornuftig standardtilgang, når man koder et billene som JPEG i dag.

Håndtering af JPEG-kvalitet

Du føler dig måske lidt overvældet af al denne information. Men der er gode nyheder for dit daglige arbejde: De fleste tekniske detaljer ved JPEG-komprimering abstraheres og præsenteres som en enkelt "kvalitetsindstilling" – et heltal fra 0 til 100. 0 giver den mindst mulige filstørrelse og, som forventet, den værst mulige visuelle kvalitet. Når du bevæger dig fra 0 til 100, stiger både kvaliteten og filstørrelsen.

Denne indstilling er subjektiv; ikke alle værktøjer vil fortolke en værdi på "75" på samme måde, og den opfattede kvalitet varierer altid afhængigt af billedets indhold. Billeder med mange fine detaljer og teksturer vil vise komprimeringsartefakter tidligere end billeder med store områder af ensfarvede flader eller bløde gradienter.

For at forstå, hvordan denne komprimeringsindstilling fungerer i praksis, kan vi bruge et almindeligt webbaseret værktøj til optimering af billedfiler: Squoosh.

Squoosh, vedligeholdt af Chrome-teamet, tilbyder en side-ved-side-sammenligning mellem forskellige kodningsmetoder og indstillinger for billedresultater, med konfigurationsmuligheder lige fra en global "kvalitets"-skyder fra 0 til 100 til muligheden for at finjustere detaljer omkring krominans versus luminans resampling. Jo lavere "kvalitets"-tallet er, jo højere er komprimeringen, og jo mindre er den resulterende fil.

For at konvertere kildebilledet til et Progressiv JPEG, markerer du afkrydsningsfeltet "Progressiv rendering" under "Avancerede indstillinger". Nogle af disse indstillinger dykker dybere, end det gennemsnitlige webprojekt kræver, men de kan give dig et mere detaljeret indblik i, hvordan aspekter, du har lært om JPEG-kodning, påvirker filstørrelse og kvalitet i virkelige brugsscenarier.

Der er ikke meget at forholde sig til i praksis, på trods af hvor kompliceret vi nu ved, at JPEG-formatet er internt. Squoosh er blot én af utallige metoder til at gemme optimerede JPEG'er, som bruger en lignende metode til at bestemme komprimeringsniveauet: et enkelt heltal mellem 0 og 100.

At bestemme det ideelle komprimeringsniveau for dine billeder er et spil for sjov, givet at al kompleksiteten i JPEG-kodning er destilleret til et enkelt heltal – især da det er så afhængigt af billedets indhold. Ligesom at tænke over at blinke eller trække vejret, ændrer overvejelse af JPEG-komprimeringsindstillingerne, hvordan vi opfatter dem.

Hvis vi kigger udenfor nu, efter at have skrevet alt dette, er min psykofysiske bearbejdning blevet mere manuel. Jeg kigger nu på de enkelte blade, selvom selve billedet, så at sige, ikke har ændret sig. Derfor er JPEG-komprimeringsindstillingen lidt tricky: Du ved præcis, hvilken type visuelle defekter du skal lede efter. Hvis du tænker på billedkomprimering i første omgang, fokuserer du på individuelle blade; vi er tunet ind på at opdage let sløring og lejlighedsvise komprimeringsartefakter. Jo mere du leder efter artefakter, mens du justerer JPEG-komprimeringsindstillingerne, jo mere sandsynligt er det, at du finder dem – selvom en bruger sandsynligvis ikke ville gøre det. Selv hvis brugeren vidste præcis, hvad de skulle lede efter, er det usandsynligt, at de besøger en side med JPEG-komprimering i tankerne.

Af den grund skal du undgå instinktet om at forbedre et billede på jagt efter artefakter eller endda kigge for tæt på de dele af vores billeder, hvor du ved, at artefakterne først vil dukke op. For brugere blander svage artefakter sig med de små detaljer, som deres tabsgivende psykofysiske systemer typisk overser. Faktisk, selv hvis du forstår de tricks, som JPEG forsøger at implementere, ville du ikke bemærke de samme artefakter, mens du surfer på nettet, medmindre du leder efter dem. Af den grund er det næsten altid et sikkert sats at skrue lidt ned for JPEG-komprimeringen lidt længere, end du tror – især når billedet vil blive vist mindre end dets iboende størrelse på grund af direkte styling eller begrænsninger sat af det omkringliggende design.

JPEG vs. RAW: Hvad er forskellen?

Mens vi taler om JPEG, er det vigtigt at nævne RAW-formatet, som ofte sammenlignes med JPEG, især i kameraer. RAW er ikke et enkelt format, men en kategori af filformater, der indeholder ubehandlede billeddata direkte fra kamerasensoren. Hver kameraproducent har typisk sit eget proprietære RAW-format (.cr2, .nef, .arw osv.), selvom DNG er et forsøg på en universel standard.

Den store forskel er, at JPEG er et *behandlet* og *komprimeret* format. Kameraet anvender indstillinger som hvidbalance, farveprofil, skarphed og støjreduktion, før det gemmer billedet som en JPEG. Dette gør JPEG-filer universelt kompatible og klar til brug, men det begrænser mulighederne for omfattende redigering uden kvalitetstab.

RAW-filer indeholder derimod de "rå" data fra sensoren. De er typisk større end JPEG-filer (selvom de kan bruge tabsfri eller endda tabsgivende komprimering, der stadig er langt mindre aggressiv end JPEG). Fordelen ved RAW er den enorme fleksibilitet i efterbehandlingen. Du kan justere eksponering, hvidbalance, farver og detaljer i langt højere grad, fordi alle de originale data er bevaret. En RAW-fil skal dog behandles i speciel software (en "RAW-konverter") før den kan vises eller deles som et standardformat som JPEG.

Kameraer tilbyder ofte muligheden for at gemme billeder som både JPEG og RAW samtidigt. Dette giver dig det bedste fra begge verdener: en brugervenlig JPEG til hurtig deling og en RAW-fil til potentiel dybdegående redigering.

Sammenligningstabel: Baseline vs. Progressiv

Her er en hurtig oversigt over de vigtigste forskelle:

Ofte Stillede Spørgsmål om JPEG

Her er svar på nogle almindelige spørgsmål:

• Hvad er tabsgivende komprimering? Det er en komprimeringsmetode, der fjerner eller ændrer data i billedet for at reducere filstørrelsen. JPEG gør dette på en måde, der er designet til at være usynlig for det menneskelige øje ved normale visningsstørrelser.
• Hvorfor er JPEG god til fotografier? Fordi fotografier typisk indeholder mange farveovergange og fine detaljer, som JPEGs blokbaserede og psykofysisk-optimerede komprimering kan håndtere effektivt ved at kassere detaljer, vi alligevel ikke ville se.
• Hvordan påvirker kvalitetsindstillingen billedet? En højere kvalitetsindstilling (tættere på 100) betyder mindre komprimering, større filstørrelse og færre synlige komprimeringsartefakter. En lavere indstilling (tættere på 0) betyder mere komprimering, mindre filstørrelse og potentielt tydeligere artefakter (f.eks. blocking).
• Er Progressiv JPEG altid bedre end Baseline? For moderne webbrug er Progressiv generelt at foretrække på grund af den forbedrede brugeroplevelse og potentielt mindre filstørrelse for de fleste billeder. Baseline kan være relevant for maksimal kompatibilitet eller meget små billeder.
• Skal jeg gemme som Baseline Standard eller Optimeret? I de fleste moderne scenarier er Baseline Optimeret at foretrække frem for Standard, da det giver en mindre filstørrelse uden kvalitetstab. Dog vælger mange Progressiv for den bedre brugeroplevelse under indlæsning.
• Hvordan vælger jeg den rigtige JPEG-kvalitet? Det er subjektivt og afhænger af billedet og hvor det skal bruges. En god praksis er at starte med en høj kvalitet (f.eks. 80-90) og gradvist reducere den, mens du inspicerer billedet for synlige artefakter ved den tilsigtede visningsstørrelse. Stop lige før artefakterne bliver forstyrrende.

At forstå de forskellige aspekter af JPEG, herunder forskellen mellem Baseline og Progressiv, hjælper dig med at træffe bedre valg, når du optimerer billeder til web eller andre formål. Progressive JPEGs er et godt standardvalg for web, der balancerer filstørrelse med en forbedret brugeroplevelse under indlæsning.

Hvis du vil læse andre artikler, der ligner Forstå JPEG: Baseline vs. Progressiv, kan du besøge kategorien Fotografi.