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JPEG XL

自由且開放原始碼的點陣圖檔案格式

JPEG XL是一種免版稅的點陣圖檔案格式，支援有損和無失真壓縮。它旨在超越現有的點陣圖格式，並成為它們的通用替代。[5]JPEG XL格式規範的主要作者有Jyrki Alakuijala、Jon Sneyers和Luca Versari。

JPEG XL
副檔名
.jxl
網路媒體型式
image/jxl[a]
開發者
格式類型有損或無失真柵格圖像格式
延伸自
標準ISO/IEC 18181[3]
自由格式？是（免版稅）
網站

名稱

  • JPEG指設計了JPEG格式的聯合影像專家小組（Joint Photographic Experts Group）。
  • X指2000年以來的多個JPEG標準的名稱：JPEG XT、JPEG XR、JPEG XS（英語：JPEG XS）。
  • L代表「長期」，建立這種格式是為替換舊的JPEG檔案格式，並使用足夠長的時間。

歷史

2017年，JTC1 / SC29 / WG1 (JPEG) 發起下一代圖像編碼標準（JPEG XL）提案徵集。[6]所有提案在2018年9月前提交，隨後2019年7月形成委員會草案。[7]草案是由谷歌提交的PIK[8]和Cloudinary（英語：Cloudinary）提交的基於FLIF的FUIF[9]結合而來。

2020年12月25日，伴隨着參考軟件實現libjxl的0.2版本發佈，JPEG XL的位元流格式被最終敲定，這意味着未來的版本將保證對此版本的解碼相容性。[10]此後檔案格式與核心編碼系統分別於2021年10月13日和2022年3月30日正式標準化。[3][11]

描述

JPEG XL的提案徵集[6]提及了下一代圖像壓縮標準對大幅提升壓縮效率（60%）的需求。新標準應該有優於HEIC、AVIF、WebP和JPEG 2000這些靜態圖像編碼的表現，同時提供對傳統JPEG格式的無失真再壓縮選項。

JPEG XL最高能夠提供對甚高解像度圖像（每邊1兆像素）、4099個32位元深通道（包含alpha通道）的靜態或動態圖像及其嵌入預覽的失真壓縮和無損壓縮。它支援針對網絡傳輸的漸進式解碼[12]和最小化信頭開銷特性，以及針對圖像編輯和數碼印刷的圖層、CMYK和專色（英語：Spot color）支援。它還針對無縫處理Rec. 2100（英語：Rec. 2100）等廣色域的感知量化器（英語：Perceptual quantizer）、混合對數伽馬校正（英語：Hybrid log–gamma）和轉換曲線進行了特別設計。

特點

主要特點有：[13][14][15]

  • 更多功能：與傳統圖像格式（例如JPEG、GIF和PNG）相比，有着更佳的效率與更豐富的功能；
  • 更大尺度：長寬可超過十億（ ）個像素；[16]
  • 更多通道：最多4099個通道，包括主通道（單連結的灰度、三通道的RGB或四通道的CMYK）、可選的多達4096個可用於透明度、深度（英語：Depth map）、熱成像等的額外通道； [16]
  • 多幀支援：支援用於動畫的非零時長幀和類似圖像軟件中圖層的零時長幀，且幀的大小不受圖像畫布大小影響，並支援多種混合模式；
  • 獨立圖塊：允許圖像分多圖塊儲存，以支援分塊解碼大幅圖像；
  • 漸進式解碼：專為支援不同顯示解像度的響應式載入；
  • 可逆JPEG轉碼：可實現約20%的數據流壓縮；
  • 無失真編碼：包括無失真alpha編碼；
  • 類型感知：可根據圖像內容使用分別為攝影圖像和合成圖像最佳化的兩種模式；
  • 低位元速率最佳化：在低位元速率下相較舊格式質素更可接受；
  • 感知最佳化：參考編碼器預設使用感知色彩空間、自適應量化和保守的預設設置；
  • 色域支援：內建廣色域、轉移曲線和HDR支援；
  • 動畫支援：但編碼真實影片時仍建議使用常規的影片編碼；
  • 高效編解碼：無需專用硬件，JPEG XL的編解碼速度即可與使用libjpeg-turbo的JPEG相當，比使用x265的HEIC速度快一個數量級，[16]並可以並列。
  • 開源免費：具有使用三條款版BSD許可證的開源參考實現的免版稅格式。[17]

技術細節

 
JPEG XL 編解碼器架構圖

JPEG XL基於Google的PIK格式和Cloudinary的FUIF格式（基於FLIF）。[18]

JPEG XL主要有兩種編碼模式：

  • VarDCT（variable-blocksize DCT，可變分塊大小離散餘弦變換）模式基於與JPEG相同的離散餘弦變換演算法，但分塊不再限定為8×8，而是允許不同大小（2×2到256×256）、非正方形塊（如16×8、8×32、32×64）乃至其他變換函數（4種「邊角」變種AFV，以及非離散餘弦變換的Hornuss變換）。此模式限於三通道色彩，通常使用LMS色彩空間（英語：LMS color space）衍生的XYB色彩空間（但為支援重壓縮傳統JPEG仍支援YCbCr），基於PIK格式的有損模式。[19]
  • Modular（模組化）模式是響應式的，用於高效的無失真內容壓縮以及近無損壓縮。它可被VarDCT在內部用於儲存二維數據，即除了交流（高頻）離散餘弦變換係數之外的所有數據，包括直流圖像（1:8抽樣圖像）、自適應量化權值、濾鏡強度。所有附加通道（如透明度（英語：Transparency (graphic)）、深度（英語：Depth map）、熱成像和專色（英語：spot color）等）總是使用此模式儲存。此模式基於FUIF，並結合了無失真PIK、無失真WebP和標準化過程中的其他合作成果。[20]藉助哈爾變換的「擠壓」（squeeze），此模式也支援失真壓縮，並實現漸進式特性：圖像的質素會隨着數據載入過程逐漸改善。

VarDCT模式的圖像可藉由模組化「擠壓」的獨立「直流幀」儲存的直流係數實現漸進式載入，支援1:16、1:32等抽樣比例。「擠壓」變換也可以用於將alpha通道和VarDCT模式的色彩通道一同漸進式編碼，使兩種模式協同工作。

JPEG XL預設使用視覺無失真下仍有較好壓縮效果的設置。[16]

這些模式可由單獨的圖像特徵模型協助：

JPEG XL編碼可以無失真地轉碼JPEG最常用的子類型的檔案，實現方式是將JPEG的DCT系屬直接拷貝到8×8的VarDCT塊，並藉助JPEG XL更好的熵壓縮演算法實現更小的檔案大小。此過程是可逆的，可以從轉換結果中逐位重建原始JPEG圖像，儘管有一些限制條件[21]。

預測是基於逐像素、無輔助資訊的去相關器運作的，包括參數化的自校正加權預測器集合。上下文模型（英語：Context model）包括特化的靜態模型和強大的元自適應模型，它們考慮局部錯誤，具有訊號樹結構和分上下文的預測器選擇。熵編碼基於LZ77，可使用非對稱數字系統（英語：Asymmetric numeral systems）或字首碼（適用於低複雜度的編碼器，或減少短數據流的開銷）。[來源請求]

動畫（多幀）圖像不執行進階幀間預測，儘管有一些基本的幀間編碼工具可用：

  • 幀可以小於畫布大小，只更新畫布的一部分；
  • 除了替換前序幀外，還支援數種混合模式，如相加或相乘；[22]
  • 在後面的幀中使用「修補程式」編碼工具最多可以「記住」並參照四幀。

軟件

JPEG XL受到了許多科技公司與組織的公開支援，如Facebook[23][24]、Adobe[25][26]、Intel與VESA[27][28]、衛報[29][30]、Flickr和SmugMug[31]、Shopify[32]、Krita基金會[33]和Serif Europe（英語：Serif Europe）[34]。

編解碼器實現

JPEG XL參考軟件（libjxl）
 
 
首次發佈2019年12月27日，​4年前​（2019-12-27）[35]
目前版本0.7（2022年9月21日，​2年前​（2022-09-21））
原始碼庫https://github.com/libjxl/libjxl[36] 
程式語言C++
作業系統
許可協定三條款版BSD許可證（曾為Apache許可證2.0）
網站jpeg.org/jpegxl  
  • JPEG XL參考軟件（libjxl）
    • 三條款版BSD許可證（曾為Apache許可證2.0）
    • 包含組件
      • 編解碼庫libjxl
      • 編碼器cjxl
      • 解碼器djxl
      • 快速無失真編碼器fjxl
      • 圖像編碼質素基準測試工具benchmark_xl
      • GIMP和Gtk pixbuf外掛程式file-jxl

官方支援

非官方支援

初步支援

  • Chromium[60]：網頁瀏覽器，自91版至110版提供測試選項。
  • Firefox[61]：網頁瀏覽器，處於測試中，自Firefox 90開始可以通過image.jxl.enabled標誌開啟（僅在Nightly開發版本中生效[62]）。

標準化狀態

通用名稱 部分 首次公開發布日期
（第一版） 		ISO/IEC編號 正式名稱
JPEG XL 第1部分 2022年3月30日 ISO/IEC 18181-1 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） JPEG XL圖像編碼系統－第1部分：核心編碼系統[3]
第2部分 2021年10月13日 ISO/IEC 18181-2 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） JPEG XL圖像編碼系統－第2部分：檔案格式[11]
第3部分 2022年10月3日 ISO/IEC 18181-3 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） JPEG XL圖像編碼系統－第3部分：一致性測試
第4部分 2022年8月5日 ISO/IEC 18181-4 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） JPEG XL圖像編碼系統－第4部分：參考軟件

註釋

  1. ^ 非正式的事實標準[1]

參考

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外部連結

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