23. 印刷格物致知
          23.1. 相關檔案格式
 23.1.3. JPEG

JPEG 代表 Joint Photographic Experts Group,他們是一個標準化的委員會,它也代表此委員會發明的壓縮演算法,進一步稍複雜地說,JPEG 壓縮的影像通常存成 JFIF (JPEG File Interchange Format) 的檔案格式,許多人就直接稱之為 JPEG,JPEG 已經成為現今印刷和網路上發佈的壓縮檔案的主要格式。

這裡將只談 JFIF 檔案格式,如果想了解 JPEG 壓縮演算法,請參考壓縮章節內的 JPEG 演算法(待另文寫)。

許多人口中稱的 JPEG 檔案格式的真正名稱應該是 JFIF 或是 JPEG File Interchange Format,這是一個極小化的檔案格式以讓 JPEG 資料流 (bitstreams) 能在廣泛的作業平台與應用程式間被交換,JFIF 遵循 JPEG Draft International Standard (ISO DIS 10918-1) 標準。

以 JPEG 檔格式保存的圖像實際上是兩個不同格式的混合物:JPEG 格式規範本身,用來定義圖像的壓縮資料,與之內圖像資料格式解析度和色彩模式的定義。

最初的 JFIF 檔格式規範只允許 8 位元灰度圖像和 24 位元 RGB 圖像;後來 Adobe 修改此格式使之也能處理 32 位元 CMYK 模式的資料。早期多數版面設計應用程式都不能處理 CMYK 模式的 JPEG 圖像,到桌上出版成熟後才變成廣為接受;JPEG 檔案格式使用參數控制的可變壓縮法,例如,當以 JPEG 格式保存一幅 Photoshop 圖像時有:低壓縮率,中等壓縮率,高壓縮率及最好的解析度等的選項。實驗證明,進行印刷或在螢幕上觀察時,JPEG 一般可將圖像壓縮為原大小的十分之一而看不出明顯差異。

壓縮時圖像會被分解成 8×8 圖元圖像單元的小方塊,這種 JPEG 失真常發生於新聞圖片中,因為它們在進行電子傳輸前被大大地壓縮,隨後又以高放大倍率進行了印刷。

JPEG 使用了有損失壓縮格式,這就使它成為迅速顯示圖像並保存較好解析度的理想格式。也正是由於 JPEG 格式可以對掃描或自然圖像進行大幅度的壓縮,利於儲存或通過數據機進行傳送,所以在網際網路上得到了廣泛的應用。

JPEG 格式的主要不足之處也正是它的最大優點。也就是說,有損壓縮演算法將 JPEG 只局限於顯示格式,而且每次保存 JPEG 格式的圖像時都會丟失一些資料。因此,通常只在創作的最後階段以 JPEG 格式保存一次圖像即可。

同時,JFIF 格式已被於 1996年完成的新檔案格式 SPIFF (Still Picture Interchange File Format) 所部份取代,SPIFF 回溯相容於 JFIF,也有動作視訊壓縮格式,通成稱為 M-JPEG,由很多公司開發與使用,可惜的是 M-JPEG 是一個 JPEG 演算法的非標準變異,所以有許多相異的製作方式。

JFIF 檔案格式是與作業平台無關,所以可於 PCs、Macs 與 Unix 工作站上使用,在 Macintosh 上,它不使用任何 resource forks,在 Unix 與 Windows 作業平台上其標準副檔名是 .JPG。

JPEG 支援多種色彩空間: 印前常用的灰階、RGB 與 CMYK 都可以,在網際網路的應用上其色彩空間也可用 CAIRN 601 (Computer Assisted Information Resources Navigation) 定義的 YCbCr 色彩空間(256 階),YCbCr 可藉由無 gamma 修正的線性轉換 (gamma = 1.0) 來計算出其 RGB 對應值。

JFIF 檔案有一個特殊的變種,稱為 Progressive JPEG (漸進式 JPEG)的格式,它是一種與普遍在網頁上被使用的 Interlaced GIF (交錯圖形交換格式)極為相似性質之格式;在創建漸進式 JPEG 檔案時,資料是這樣安排的:在裝入圖像時,開始只顯示一個模糊的圖像,隨著資料的裝入,圖像逐步變得清晰。實際的作法是:相似於 GIF 的製作方式,漸進式 JPEG 以一系列的重疊影像傳送與顯示,越後面來的每一份重疊影像的品質越來越高,這種性質藉由犧牲一開始的影像品質以協助加速圖像的外觀顯示。

除了正常的的 JPEG 壓縮,JFIF 檔案也可以套用 JPEG 2000 壓縮演算法,除了在 JPEG2000 頁面討論的若干新壓縮演算法外,該檔案格式提供下列新特色:

  • 在網際網路應用上,JPEG2000 提供漸進式影像下載與漸進式解析度的特色:用戶可以先下載一份低解析度的影像版本,然後必要時再下載一份更細緻的版本
  • JPEG2000 能處理位元深度更高的 RGB、LAB 與 CMYK
  • JPEG2000 檔案可以包含完整的 ICC 色彩描述檔資料
  • 檔案可以包含內嵌有關影像所有者相關資訊的標籤
  • 也支援用來當作裁切路徑的 Alpha 通道

美國國會圖書館很早就使用 JPEG2000 當作掃描文件的電子儲存格式,初期很多數位相機、網路瀏覽器、排版軟體都不支援,最常被用到的地方是在生物統計與地理資訊上的資料處理和儲存,不過已經有越來越多的數位相機、網路瀏覽器、排版軟體都逐漸也採行 JPEG2000了。

相關技術資料

JPEG 委員會官方網頁

W3C 相關 JPEG 網頁

JPEG File Interchange Format V 1.02 (PDF: 17K) (September 1, 1992)

YCbCr 定義

SPIFF 相關資訊

YCbCr 到 RGB 快速轉換演算法 (Nov, 2007)

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