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。
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。
- 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和專色支援。它還針對無縫處理Rec. 2100等廣色域的感知量化器、混合對數伽馬校正和轉換曲線進行了特別設計。
特點
- 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、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、深度、熱成像和專色等）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：
- 向心卡特姆–羅姆樣條用於編碼頭髮等（參考編碼器暫未實現）；
- 重複的「修補程式」，如文字、點和「精靈」；
- 噪聲合成：由於噪聲難以壓縮，將其剝離然後由解碼器重新生成可能更佳。這類似於AV1等現代影片編碼的膠片顆粒合成，儘管JPEG XL噪聲合成的目的不是模仿模擬攝影膠片的顆粒，而是在像素層級建模數碼相機在高感光度設置下的光子噪聲。
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[34]。
- JPEG XL參考軟件（libjxl）
- 網頁圖像轉換器Squoosh （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）[41]
- 數碼相機圖像匯入匯出工具Adobe Camera Raw[42]
- 點陣圖編輯器Affinity Photo[43]
- 點陣圖編輯器Chasys Draw IES[44]
- 元數據編輯器ExifTool[45]
- 多媒體框架FFmpeg[46]
- 點陣圖編輯器GIMP[47]
- 圖像檢視器、相片管理應用gThumb[48]
- 點陣圖處理工具包ImageMagick[49]
- 圖像檢視編輯器IrfanView[50]
- Linux發行版KaOS[51]
- 點陣圖編輯器Krita[52][53]
- Qt和KDE應用[54]
- 點陣圖檢視編輯器XnView MP[55]
- 網絡瀏覽器Pale Moon[56]
- Microsoft Windows[57]：通過第三方Windows圖像處理組件外掛程式，即用於在相片檢視器、檔案檔案總管等中檢視。
- macOS[58]：通過獨立應用程式和Quick Look外掛程式。
- GTK和GNOME圖像檢視應用（Eye of GNOME、GNOME Files等）：通過GDK pixbuf外掛程式。[59]
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
參考
外部連結
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