Iedereen weet dat JPEG-afbeeldingen gevoelig zijn voor compressie-artefacten. Dit betekent dat elke keer dat een afbeelding wordt geopend (al dan niet gewijzigd) en opnieuw wordt opgeslagen, de toonstructuur van de foto opnieuw wordt gecomprimeerd met behulp van hetzelfde destructieve proces. Hercompressie van bestanden zorgt er altijd voor dat extra details verloren gaan. Elke keer dat een JPEG-afbeelding op enigerlei wijze wordt aangepast, worden die oorspronkelijke 256 kleurniveaus opnieuw verdeeld en gaan er details verloren.
JPEG-bestanden bieden verschillende niveaus van bestandscompressie en herhaaldelijk bewerken en opslaan zorgt voor verdere degradatie.
Maar dat is de minste van de JPEG-beperkingen.
Allereerst is JPEG een oud formaat dat oorspronkelijk is ontworpen voor een lang vervlogen tijdperk. Een groep fotografische experts (Joint Photographic Experts Group) werd in 1986 samengesteld met als enig doel zeer grote afbeeldingsbestanden te verkleinen:
- Voor weergave op oude CRT-computermonitoren (Cathode Ray Tube) - eigenlijk oude tv-toestellen zonder de kanaaltuners
- Efficiënt reizen via het prille (trage) internet, dat is ontworpen om te voldoen aan de beste standaarden voor uitgezonden televisie
- Om ze te comprimeren voor grootte en draagbaarheid. De eerste JPEG-specificatie werd uitgebracht in 1992 en opnieuw geratificeerd in 1994.
Nu, meer dan 25 jaar later, wordt hetzelfde formaat nog steeds gebruikt!
De prijs van het programma
Veel elementen van een digitale afbeelding worden gewijzigd met JPEG-bestandscompressie. Het is waar dat enorme hoeveelheden schijfruimte worden bespaard tijdens het proces, maar belangrijke andere delen van de afbeelding worden weggegooid.
Eerst wordt het volledige RGB-signaal geconverteerd naar een verkorte kleurruimte die wordt gebruikt voor analoge tv, YCbCr genaamd. CRT-beeldschermen worden aangestuurd door rode, groene en blauwe spanningssignalen, maar het opslaan van RGB-signalen vereist redundante gegevens. Hoewel de meeste informatie over luminantie (helderheid) (Y-kanaal) behouden blijft, worden de twee kleurkanalen (rood en blauw) aanzienlijk kleiner.
Hoogtepunten die in het JPEG-proces zijn geknipt, zijn nog steeds aanwezig in het RAW-bestand.
Een origineel RGB-camerabeeld (TIFF, PSD) bevat enorme kleurniveaus; waarvan vele het menselijk oog niet kan onderscheiden. Aangezien het einddoel van JPEG nul lichaamsvet is, worden zodra een basisinterpretatie van de afbeelding is gedefinieerd en de 256 kleuren geïdentificeerd, bijna alle "extra" kleuren verwijderd, waardoor er slechts een skelet van het kleurenbereik overblijft.
Kleuren worden gekenmerkt als bitdiepte; het aantal kleine gemeten stappen tussen volledige kleur en geen kleur. Mensen kunnen slechts 200 niveaus van elke kleur waarnemen bij ideale verlichting.
Het probleem
De beslissing over welke kleuren worden geëlimineerd, wordt vooraf bepaald door een cookie cutter JPEG-sjabloon, in plaats van door de menselijke evaluatie van de toonstructuur van elke afbeelding. JPEG beperkt de kleur voor alle afbeeldingen zonder onderscheid. Eén sjabloon past allemaal. Overtollige informatie wordt weggegooid.
Kortom, JPEG-compressie is als gewichtsverlies door eliminatie van lichaamsdelen in plaats van vetreductie; meer een amputatie dan een dieet. Zoals ik later zal uitleggen, is de productie van een JPEG-bestand het ideale uiteindelijke formaat, maar niet het meest ideale voor beeldbewerking.
JPEG maakt gebruik van een fundamentele beperking van het menselijk zicht. We kunnen meer tonaliteit zien dan individuele kleuren. Daarom zien we alleen vormen bij weinig licht. De basishelderheid blijft behouden bij JPEG's, maar een groot deel van de kleur wordt gedownsampled.
De volgende meertraps high-wiskundige transformaties in dit proces worden zeer snel verbijsterend, dus laten we zeggen dat er enkele zeer ingewikkelde 8×8 pixelmatrixberekeningen plaatsvinden op basis van de beperkingen van visuele waarneming. Echte optische illusionaire voodoo is aan het werk om het "gewicht" van elk beeld verder te verminderen. De kwetsbaarheid in dit programma voor massaal gewichtsverlies is dat JPEG-kleuren het zwakst zijn in de hooglichten en vervelende artefacten kunnen vertonen wanneer de afbeeldingen opnieuw worden opgeslagen. Al die compressieberekeningen vinden opnieuw plaats wanneer JPEG-afbeeldingen opnieuw worden opgeslagen.
De basis van JPEG-compressie is een ingewikkelde formulering met blokken van 8 pixels. De waarden van elk blok worden gekwantificeerd en gedestilleerd tot vergelijkbare kleuren om kleurvariaties te elimineren die het menselijk oog moeilijk kan onderscheiden.
JPEG-bestanden verkleinen doorgaans de grootte van 90% ten opzichte van het originele PSD- of TIFF-bestand met weinig waarneembaar verlies in beeldkwaliteit, zolang het bestand qua grootte en inhoud ongewijzigd blijft. Afbeeldingen die aanzienlijke gebieden met vergelijkbare tonen bevatten (luchten, bouwoppervlakken, enz.) profiteren het meest van deze bestandscompressie-indeling.
Kwantisering
Deze JPEG-standaard is niet zozeer een probleem met de afbeeldingsresolutie als wel een probleem met de kleurdiepte. Het aantal pixels wordt niet verminderd, maar het aantal kleuren wel. Het "gepixelde" uiterlijk wordt niet veroorzaakt door een verminderd aantal pixels, maar door een vermindering van de kleurkwaliteit van die pixels. Het zichtbare verlies komt van wijzigingen in de oorspronkelijke 8×8-pixelmatrix wanneer het bewerkte bestand opnieuw wordt opgeslagen.
In 1992 was het ondenkbaar om beelden te produceren met een hogere kwaliteit dan tv's konden uitzenden, inclusief de 256-toonsbeperking en het sRGB-kleurengamma. In 1992 was dit state-of-the-art spul en het heeft de industrie vele jaren goed gediend.
14-bits sensoren kunnen 16.000 kleurniveaus vastleggen in elk RGB-kanaal.
Maar toen ontwikkelde Silicon Valley camerabeeldsensoren en processors die meer dan 8-bits beelden aankonden. Dat betekende dat digitale fabrikanten begonnen met het bouwen van camera's waarvan de beelden twee keer zoveel kleur bevatten (10-bits of 1000 kleurniveaus).
Vervolgens werden "deep-bit" afbeeldingen door Adobe ondergebracht in Photoshop, wat alles veranderde. Er werden veel grotere kleurruimten ontwikkeld om deze nieuwe uitgebreide kleurdiepte te ondersteunen. (Houd er rekening mee dat bitdiepte gewoon een manier is om het bereik van een afbeelding op te delen in veel kleinere stappen tussen nul kleur en volledige kleur van een pixel).
Diepe (kleur)ruimte
Mijn vriend Bruce Fraser (de vader van kleurbeheer) werkte samen met Adobe om wat we kennen als Adobe RGB te formuleren. Later werd een grotere kleurruimte ontwikkeld, ColorMatch RGB genaamd. Nog later werd een nog grotere kleurruimte ontwikkeld en kreeg deze het label ProPhoto RGB. Alle drie deze kleurruimten overschrijden de limiet van 256 niveaus van JPEG.
Maar zelfs als een afbeelding in een van deze grotere kleurruimten wordt bewerkt, wordt deze, wanneer deze wordt opgeslagen als JPEG, automatisch teruggebracht tot 8-bits (256-niveaus) per kanaal.
Bitdiepte is de maat voor tonen tussen volledige kleur en geen kleur. JPEG-afbeeldingen beïnvloeden de beeldbitdiepte, niet de beeldresolutie, zoals algemeen wordt aangenomen. Elke keer dat een JPEG-bestand opnieuw wordt opgeslagen, neemt het kleurverlies toe en neemt de helderheid van het beeld af.
Camera JPEG's
Door de camera opgeslagen JPEG-bestanden worden "gevormd" door de camera-instellingen die van kracht zijn wanneer de afbeelding wordt vastgelegd. Het algoritme dat wordt toegepast op de beeldgegevens die door de beeldsensor worden verzameld, weerspiegelt het kleurmodel (sRGB, Adobe RGB en ProPhoto RGB), verscherpingsvoorkeuren, enz.
Een woord over compressie. Compressie is waarschijnlijk niet zo'n nauwkeurige term om JPEG-beperkingen te beschrijven als het zou kunnen zijn. Compressie klinkt als wat je tante Martha doet wanneer ze een gordel gebruikt om zichzelf in een kleinere "container" te persen, maar dat is iets heel anders. Als ze gedecomprimeerd is, is tante Martha er nog steeds.
JPEG maakt gebruik van "lossy" compressie, wat echt betekent dat sommige delen voorgoed zijn weggegooid (of weggelaten). Tante Martha zou alleen willen dat haar gordel haar zou helpen iets permanent te "verliezen".
Zie beeldcompressie meer als een afkorting. Wanneer een JPEG-bestand op schijf wordt opgeslagen, worden de gegevens die door de beeldsensor van de camera zijn vastgelegd, gecomprimeerd tot een algemene mal, bepaald door de kleurinstellingen in de camera wanneer de foto wordt gemaakt.
Foto klaar
Dit JPEG-proces speelt in feite de voortijdige rol van photofinisher, waardoor zijn eigen interpretatie van de scène wordt uitgeroeid. Wat begon als een beeld van 4000-16.000 per kleurenbeeld, wordt gereduceerd tot een beeld van 256 niveaus met slechts een skelet van kleur, waardoor er weinig ruimte overblijft voor toon- (of kleur) aanpassingen.
Zowel donkere als lichte tinten werden afgekapt door de JPEG-sjabloon, maar hersteld van het RAW-bestand.
JPEG-beperkingen van 256 niveaus knippen vaak helderdere tinten naar wit en donkere tinten voortijdig naar zwart (bovenste grijswaarden hierboven). Met RAW-afbeeldingen kan de gebruiker details herstellen die verloren lijken (onderste grijswaarden).
Als de camera-instellingen niet perfect waren ingesteld om de helderheid (bitdiepte) en het contrast (toonbereik) van de bestaande scène vast te leggen, laat de JPEG-gerenderde foto weinig ruimte voor herstel.
Uiteindelijk wordt elke afbeelding teruggebracht tot een bestand van 256 niveaus voordat het openbaar wordt gedeeld of als afdruk wordt geproduceerd. Dat is nu eenmaal de aard van fotografie. Er zijn maar heel weinig printers die meer dan 256 kleurniveaus kunnen reproduceren, en zelfs als ze dat zouden kunnen, zou het menselijk oog die extra kleuren toch niet kunnen zien.
Terwijl digitale camera's tot biljoenen kleuren kunnen vastleggen, herkent het menselijk gezichtsvermogen minder dan 200 afzonderlijke rode, groene en blauwe kleuren.
JPEG-toereikendheid?
Dus als we niet meer dan 200 verschillende niveaus van elke kleur kunnen zien (en JPEG biedt 256), waarom hebben we dan de miljarden nodig die zijn vastgelegd als RAW-bestanden? Simpel antwoord... die overtollige niveaus bieden voldoende bewegingsruimte om kleurniveaus en verzadiging in de meest visueel ideale 256 tinten te duwen voor printers om te printen en voor mensen om te observeren. Het draait allemaal om het optimaliseren van details.
Het dynamische bereik van het strandtafereel overschreed de JPEG-"sjabloon" en de details van de hooglichten leken verloren te gaan (links) maar bleven behouden in het RAW-bestand (rechts).
Conclusie
Dus wat kunnen we hiervan meenemen?
Ten eerste is JPEG de meest basale fotobestandsindeling en is alleen ideaal (als camerabestand) als ALLE belichtingsfactoren vóór de opname overeenkomen met de huidige camera-instellingen. Ten tweede is het altijd het beste om uw camera in te stellen om zowel hi-level JPEG- als RAW-bestanden op te nemen als verzekeringspolis. En ten derde zorgen de onverkorte beeldgegevens die zijn opgeslagen als een RAW-bestand ervoor dat de uiteindelijke JPEG kan worden gevormd (zo dicht mogelijk bij) wat je geest waarneemt toen je op de ontspanknop klikte.
JPEG is het digitale bestandsformaat waarmee u wilt eindigen, maar het is niet altijd het formaat waarmee u wilt beginnen. Er is een verspillingsfactor bij elk productieproces, en digitale beeldvorming is geen uitzondering. Je kunt beter te veel hebben dan te weinig. Begin altijd met meer dan je nodig hebt.
Ben van plan om af te vallen, maar doe het volgens uw schema.