Art’e’facts

Как они заводятся

Давным-давно, когда объединенная группа экспертов по фотографии только разрабатывала рекомендации по оптимальному сжатию фотоизображений, никто и не предполагал, что со временем их детище станет источником головной боли дизайнеров.

JPEG-сжатие, названное так по имени своих создателей (Joint Photographic Experts Group), использует особенности человеческого восприятия для максимального сжатия фотоизображений. В процессе создания метода был обобщен мировой опыт больше чем за полвека, включающий компьютерные, телевизионные и другие исследования.

По последним научным изысканиям, наш глаз реально видит только размытые образы, которые потом обрабатываются мозгом с целью повышения качества. Но тогда подобные научные изыски еще не вышли за рамки гипотез, поэтому наиболее смелым шагом экспертной группы явилось признание того, что наши глаза больше реагируют на изменение яркости, чем цвета. Решено было значительно проредить цветовую информацию и сосредоточиться на яркости. Для этого были разработаны рекомендации по сжатию фотографических изображений, известному сейчас как JPEG-сжатие с потерями. Добавлю, что попутно было изучено JPEG-сжатие без потерь, но результаты исследований, очевидно, были засекречены [1].

Как бы там ни было, на начальном этапе кодирования JPEG-метод переводит изображение в трехканальную систему с одним каналом яркости и двумя цветовыми каналами. В то время как яркостная составляющая кодируется полностью, для кодировки цветовых данных используется в два раза меньший диапазон. Это было сделано под действием сильного лобби дальтоников и Лиги защиты прав животных, которые, как известно, цвета не различают. Один этот шаг уже позволял уменьшить объем хранимой информации на треть. Он же приводил и к первой, «неощутимой для человеческого глаза», потере цветовых данных.

Потом выяснилось, что нам, людям, важнее воспринимать полутоновую картину в целом. Мы видим, что дерево зеленое, а яблоко в целом красное, как это хорошо показывают рисунки от руки и векторные клипарты. И только вблизи мы различаем дополнительные оттенки, игру цвета. JPEG также сначала определяет полутоновой характер в целом, а потом уточняет детали, кодируя данные о цвете как изменение относительно среднего значения. Для этого используется математический метод DCT (дискретное косинусное преобразование). На этом этапе происходит еще одна потеря данных — за счет математических погрешностей. Для увеличения быстродействия обработки методом DCT изображение разбивается на блоки 8 на 8 пикселей, которые и создают характерную JPEG-структуру сжатой картинки.

Не следует забывать, что главной целью группы экспертов был оптимальный метод сжатия фотоизображений. Как правило, это изображения с мягкими цветовыми переходами, в отличие от набросков карандашом или чертежей. Поэтому на третьем этапе отбрасывается очередная порция данных, отвечающая за резкие контуры, после чего границы блоков 8 на 8, использованных в предыдущем шаге, зачастую перестают совпадать. Вдобавок обычно цветовые каналы обрабатываются в два раза грубее, чем канал яркости (вспомним особенность наших глаз!). Поскольку информацией о том, как воспринимают изображения глаза мушки дрозофилы, несмотря на протесты со стороны Лиги Защиты животных, решено было пренебречь, на сем было решено остановиться.

После того, как информация была сто раз обработана, причесана и прорежена, наступает черед собственно сжатия, которое происходит без потерь. Мы уже привыкли, что JPEG-сжатие — это сжатие с потерями. Так вот, все потери относятся только к этапу подготовки данных, само сжатие происходит по стандартным алгоритмам. Но поэтапное выкидывание информации при подготовке приводит к дрожанию линий, появлению «грязных» пятен около контуров предметов на однородном фоне, видимым квадратам 8х8 и прочим «приятностям», называемым одним термином: JPEG-артефакты.

Есть лишь одно утешение: при небольшом сжатии артефакты действительно не воспринимаются глазом и качество практически сохраняется. Огромный плюс JPEG — это действительно сильное уменьшение объема файла ценой малых потерь.

Источники заразы

Откуда же берутся все эти сильно загаженные jpeg'ом картинки?

Во-первых, в погоне за минимальным временем загрузки Web-дизайнеры зачастую выбирают значительную потерю качества для картинок. Большинство картинок, размещенных в Web, имеют ужасное качество и абсолютно непригодны для повторного использования — будь то печать на всех видах оборудования или создание новых электронных изображений.

Во-вторых, на шестой части суши продолжает оставаться популярным такой источник клипартов, как диски с пиратскими коллекциями. И если вы держите в руках диск с надписью «5000 фото высшего качества», то знайте, что скорее всего вы не найдете там ну абсолютно ничего хорошего — ни по размеру фото, ни по качеству. JPG–файлы размером менее 100 КБайт в большинстве случаев пригодны максимум для визиток.

В третьих, все большую популярность приобретают цифровые камеры. А широко распространенные аппараты нижнего класса как раз и являются источником крохотных изображений со значительными JPEG-искажениями.

Еще один источник — графический редактор Corel Draw, печально известный своей маниакальной тягой к JPG-сжатию импортированных изображений. По умолчанию сжатие растровых изображений включено, и это приносит неизбежные искажения в импортированные иллюстрации. Поэтому при ориентации на полиграфию необходимо отключать компрессию растровых изображений в файле, как все и делают, но, как говорят знающие люди, Corel все равно что-то там втихую мутит с картинками, потому что крохотные JPG-артефакты все равно появляются [2].

Ну и, наконец, источником являются юзеры, ибо, открыв фотографию в формате JPG и отредактировав ее, обычный пользователь, скорее всего, сохранит результаты в том же файле и в том же формате, что нельзя делать ни в коем случае! JPEG-сжатие кумулятивно — каждое новое сохранение, накапливая искажения, постепенно доводит качество картинки до никакого состояния.

Вернуть утерянную информацию в принципе невозможно, но грубые искажения все же можно сгладить. Сразу оговорюсь, что лучшим методом исправления JPEG-картинки является поиск оригинала с лучшим качеством, но зачастую ничего не остается, кроме как есть то, что дают. Тогда приходится запускать Photoshop и использовать следующий путь.

[1] - Возможно, потому, что на фотографиях неба, сжатых без потерь, неожиданно появились летающие тарелки и шаттлы земных президентов, подлетающих к ним время от времени? Ведь самое любимое дело у «официального» JPEG – нашинковать небо в окрошку.
[обратно к тексту]

[2] - Самым надежным способом получения высокого качества работы в Corel Draw является использование внешних линков на иллюстрации.
[обратно к тексту]