Alla vet att JPEG-bilder är utsatta för komprimeringsartefakter. Det betyder att varje gång en bild öppnas (oavsett om den ändras eller inte) och sparas på nytt, komprimeras bildens tonstruktur med samma destruktiva process. Omkomprimering av filer leder alltid till att ytterligare detaljer går förlorade. Varje gång en JPEG-bild justeras på något sätt omfördelas de ursprungliga 256 färgnivåerna och detaljer går förlorade.
JPEG-filer erbjuder olika nivåer av filkomprimering och upprepad redigering och sparande orsakar ytterligare försämring.
Men det är den minsta av JPEG-begränsningarna.
Först och främst är JPEG ett gammalt format som ursprungligen designats för en epok som gått sedan länge. En grupp fotografiska experter (Joint Photographic Experts Group) sammanställdes 1986 för det enda syftet att skära ner mycket stora bildfilstorlekar:
- För att visa på gamla CRT (Cathode Ray Tube) datorskärmar – i princip gamla TV-apparater utan kanaltuners
- För att resa effektivt över det spirande (långsamma) internet, som utformats för att tillgodose de bästa TV-standarderna
- För att komprimera dem för storlek och portabilitet. Den första JPEG-specifikationen släpptes 1992 och ratificerades igen 1994.
Nu över 25 år senare används samma format fortfarande!
Priset på programmet
Många delar av en digital bild ändras med JPEG-filkomprimering. Det är sant att enorma mängder diskfastigheter sparas under processen, men betydande andra delar av bilden slängs.
Först konverteras hela RGB-signalen till en förkortad färgrymd som används för analog TV, kallad YCbCr. CRT-skärmar drivs av röda, gröna och blå spänningssignaler, men lagring av RGB-signaler involverar redundanta data. Medan det mesta av informationen om luminans (ljusstyrka) (Y-kanal) behålls, är de två färgkanalerna (röd och blå) avsevärt reducerade i omfattning.
Höjdpunkter klippta i JPEG-processen finns fortfarande i RAW-filen.
En original RGB-kamerabild (TIFF, PSD) innehåller enorma färgnivåer; många av vilka det mänskliga ögat inte kan urskilja. Eftersom slutmålet för JPEG är noll kroppsfett, när en bastolkning av bilden har definierats och de 256 färgerna identifierats, tas nästan alla "extra" färger bort, vilket bara lämnar ett skelett av färgomfånget.
Färger karakteriseras som bitdjup; antalet små uppmätta steg mellan fullfärg och ingen färg. Människor kan bara uppfatta 200 nivåer av varje färg under idealisk belysning.
Problemet
Beslutet om vilka färger som ska elimineras är förutbestämt av en cookie-cut JPEG-mall, snarare än av den mänskliga utvärderingen av varje bilds tonstruktur. JPEG begränsar färgen för alla bilder utan åtskillnad. En mall passar alla. Överflödig information kasseras.
I grund och botten är JPEG-komprimering som viktminskning genom eliminering av kroppsdelar snarare än fettminskning; mer av en amputation än en diet. Som jag ska förklara senare är produktionen av en JPEG-fil det perfekta slutformatet, men inte det mest idealiska för bildredigering.
JPEG använder sig av en grundläggande mänsklig synbegränsning. Vi kan se tonalitet mer än vi identifierar individuella färger. Det är därför vi bara ser former i svaga ljusförhållanden. Grundläggande ljusstyrka bibehålls med JPEG, men mycket av färgen är nedsamplad.
Nästa flerstegs högmatematiska transformationer i denna process blir häpnadsväckande mycket snabbt, så låt oss bara säga att några mycket intrikata 8×8 pixelmatrisberäkningar äger rum baserat på begränsningarna för visuell perception. Äkta optisk illusionsvoodoo är på väg att ytterligare minska "vikten" på varje bild. Sårbarheten i detta massviktminskningsprogram är att JPEG-färgerna är svagast i höjdpunkterna och kan visa otäcka artefakter när bilderna sparas på nytt. Alla dessa komprimeringsberäkningar sker igen när JPEG-bilder sparas igen.
Grunden för JPEG-komprimering innefattar en komplicerad formulering som involverar block med 8 pixlar. Värdena för varje block kvantiseras och destilleras till liknande färger för att eliminera färgvariationer som det mänskliga ögat har svårt att urskilja.
JPEG-filer minskar vanligtvis storleken med 90 % från den ursprungliga PSD- eller TIFF-filen med liten märkbar förlust i bildkvalitet, så länge filen förblir oförändrad i storlek och innehåll. Bilder som innehåller betydande områden med liknande toner (himmel, byggnadsytor, etc.) drar mest nytta av detta filkomprimeringsformat.
Kvantisering
Denna JPEG-standard är inte ett problem med bildupplösningen lika mycket som det är ett färgdjupsproblem. Antalet pixlar minskas inte, men antalet färger är det. Det "pixelerade" utseendet orsakas inte av ett minskat antal pixlar, utan en minskning av färgkvaliteten hos dessa pixlar. Den synliga förlusten kommer från ändringar av den ursprungliga 8×8 pixelmatrisen när den redigerade filen sparas på nytt.
1992 var det otänkbart att producera bilder med högre kvalitet än TV-apparater kunde sända, inklusive begränsningen på 256 toner och sRGB-färgomfånget. 1992 var detta toppmoderna grejer och det tjänade branschen väl under många år.
14-bitars sensorer kan fånga 16 000 färgnivåer i varje RGB-kanal.
Men sedan utvecklade Silicon Valley kamerabildsensorer och processorer som kunde hantera mer än 8-bitars bilder. Det innebar att digitala tillverkare började bygga kameror vars bilder innehöll dubbelt så hög färgnivå (10-bitar eller 1000 färgnivåer).
Därefter togs "deep-bit"-bilder in av Adobe i Photoshop, vilket förändrade allt. Mycket större färgrymder utvecklades för att stödja detta nyligen utökade färgdjup. (Tänk på att bitdjup helt enkelt är ett sätt att dela upp en bilds intervall i mycket mindre steg mellan noll färg och fullfärg för en pixel).
Djupt (färg)utrymme
Min vän Bruce Fraser (fadern till färghantering) arbetade med Adobe för att formulera det vi känner som Adobe RGB. Senare utvecklades en större färgrymd kallad ColorMatch RGB. Ännu senare utvecklades en ännu större färgrymd och märktes ProPhoto RGB. Alla dessa tre färgrymder överskrider begränsningen på 256 nivåer för JPEG.
Men även om en bild redigeras i en av dessa större färgrymder, när den sparas som en JPEG, reduceras den automatiskt till 8-bitar (256-nivåer) per kanal.
Bitdjup är måttet på toner mellan helfärg och ingen färg. JPEG-bilder påverkar bildens bitdjup, inte bildupplösningen, som man brukar tro. Varje gång en JPEG-fil sparas på nytt ökar färgförlusten och bildens skärpa minskar.
JPEG för kamera
Kamerasparade JPEG-filer "formas" av kamerainställningarna på plats när bilden tas. Algoritmen som tillämpas på bilddata som samlats in av bildsensorn återspeglar färgmodellen (sRGB, Adobe RGB och ProPhoto RGB), skärpningsinställningar, etc.
Ett ord om kompression. Komprimering är förmodligen inte en så korrekt term för att beskriva JPEG-begränsningar som den skulle kunna vara. Kompression låter som vad din moster Martha gör när hon använder en gördel för att komprimera sig själv till en mindre "behållare", men det är en helt annan sak. När hon är dekomprimerad är hela moster Martha fortfarande där.
JPEG använder "förlustig" komprimering, vilket verkligen betyder att vissa delar kasserades (eller slängdes av) för gott. Moster Martha önskar bara att hennes gördel skulle hjälpa henne att permanent "tappa" något.
Tänk på bildkomprimering mer som en förkortning. När en JPEG-fil sparas på disk, komprimeras data som fångas av kamerans bildsensor till en allmän form, dikterat av färginställningarna i kameran när bilden tas.
Foto färdigt
Denna JPEG-process spelar effektivt rollen som fotofinisher i förtid och stämplar ut sin egen tolkning av scenen. Det som började som en nivå på 4 000-16 000 per färgbild reduceras till en bild på 256 nivåer med bara ett skelett av färg, vilket lämnar värdefullt lite utrymme för ton (eller färg) justeringar.
Både mörka och ljusa toner klipptes av JPEG-mallen men återställdes från RAW-filen.
JPEG-begränsningar på 256 nivåer klipper ofta ljusare toner till vita och mörkare toner till svart i förtid (översta gråskalan ovan). RAW-bilder låter användaren återställa detaljer som verkar förlorade (nedre gråskala).
Om kamerainställningarna inte var perfekt inställda för att fånga ljusstyrkan (bitdjup) och kontrasten (tonomfång) för den befintliga scenen, lämnar den JPEG-renderade bilden lite utrymme för återhämtning.
I slutändan kommer varje bild att reduceras till en fil på 256 nivåer innan den antingen delas offentligt eller produceras som en utskrift. Det är bara fotografiets natur. Det finns väldigt få utskriftsenheter som kan återge mer än 256 färgnivåer, och även om de skulle kunna det så kunde det mänskliga ögat inte se de extra färgerna hur som helst.
Medan digitalkameror kan fånga upp till biljoner färger, känner mänsklig syn igen mindre än 200 individuella röda, gröna och blå färger.
JPEG-tillräcklighet?
Så om vi inte kan se mer än 200 olika nivåer av varje färg (och JPEG ger 256), varför behöver vi de miljarder som fångas som RAW-filer? Enkelt svar ... dessa överskottsnivåer ger gott om armbågsutrymme för att flytta färgnivåer och mättnad till de mest visuellt idealiska 256 tonerna för skrivare att skriva ut och människor att observera. Allt handlar om att optimera detaljer.
Det dynamiska omfånget för strandscenen överskred JPEG-"mall" och högdagerdetaljer verkade gå förlorade (vänster) men behölls i RAW-filen (höger).
Slutsats
Så vad kan vi ta ifrån detta?
För det första är JPEG det mest grundläggande av fotofilformat och är endast idealiskt (som en kamerafil) när ALLA ljusfaktorer för förfångst matchar de aktuella kamerainställningarna. För det andra är det alltid bäst att ställa in kameran på att spela in både JPEG- och RAW-filer på hög nivå som en försäkring. Och för det tredje, de oförkortade bilddata som sparats som en RAW-fil gör att den slutliga JPEG-filen kan formas (så nära som möjligt) till vad ditt sinne uppfattade när du klickade på avtryckaren.
JPEG är det digitala filformatet du vill sluta med men det är inte alltid det du vill börja med. Det finns en slöserifaktor involverad i varje tillverkningsprocess, och digital bildbehandling är inget undantag. Det är bättre att ha för mycket än för lite. Börja alltid med mer än du behöver.
Avser att gå ner i vikt, men gör det enligt ditt schema.