jpegアーティファクトとは何ですか？

JPEGは、スペースを節約するために情報を破棄する「損失のある」圧縮アルゴリズムです。これの視覚的な影響は何ですか？「JPEGアーティファクト」について聞いたことがあります。これらはどのように見えますか？

同じレベルの圧縮でより多くのアーティファクトが作成され、外観が悪くなる状況はありますか？画像の内容は重要ですか？アルゴリズムは何をうまく処理し、何に問題がありますか？

JPEGが要件であると仮定した場合、アーティファクトを減らす方法はありますか？自分の制御外で独自の圧縮を適用するWebサービスにアップロードする場合、これをより良くするために事前に画像にできることはありますか？

例

今週の画像の現在の写真を使用します。これは高品質のJPEGです。

Jimp品質80（低）でGimpに再保存されました。シャープネスの一般的な損失、コントラストの高いエッジの周囲の「ドット」、コントラストの低い領域の詳細の損失に注意してください。

JIMP品質30（非常に低い）でGIMPに再保存します。明白な8x8ブロックとシャープネスと色の詳細の深刻な損失に注意してください：

3種類の歪み

JPEGは、2つの3種類の歪みを引き起こす傾向があります。

• 高コントラストエッジ周辺のシャープネスと振動の一般的な損失：これらは、滑らかな関数（コサイン）で強度遷移を近似するためです。エッジの周りに小さな「ドット」または「ハロー」として表示されます。それらは、手書きのテキストの画像で特に見やすいです。
• ブロッキング構造：画像は8x8ブロックごとに個別に処理されます（クロマダウンサンプリングの場合はより大きくなります）。ブロックのエッジは、高い圧縮率で表示されます。
• 色の詳細の喪失：パラメータの保存に依存し、プログラムは色度チャンネルを積極的に「ダウンサンプリング」（解像度を低下）します。自然な写真ではめったに問題になりません。

目に見えるブロック構造とエッジの周りのハローは、通常JPEGアーティファクトと呼ばれます。例を見ながら拡大してみましょう。左から、元のJPEG Q80およびJPEG Q30画像から切り抜きます。アーチファクトを緑色でマークしました（ハローの場合は円、8x8ブロックの場合は点）：

情報の損失と同様に、実際に回復することはできません。シャープは、失われたエッジのコントラストを回復するのに役立ちますが、「ハロー」をより明確にします。ノイズ除去は「ハロー」の除去に役立ちますが、シャープネスはさらに低下します。ブロック構造が表示されている場合は、おそらく手遅れです。元の高解像度、高品質の画像をそのまま残し、上書きしないでください。

ホスティング戦略

JPEG圧縮パラメーターを制御し、画質を最大限に高めたい場合：

• 圧縮率をできるだけ低く保ちます（高品質の設定を使用します）
• 色度チャンネルのダウンサンプリングを検討します（一部の画像ではほとんど気付かない場合があり、同じファイルサイズの制約が与えられた場合、光度チャンネルの圧縮率を下げることができます）
• 浮動小数点離散コサイン変換の使用を検討してください（変換の精度は向上しますが、ファイルの保存には時間がかかります）
• 高い圧縮率の代わりに低い解像度を使用することを検討してください（ファイルサイズに同じ制限がある場合）

サードパーティのサービスにアップロードし、圧縮パラメーターを制御しない場合、それについて多くのことを行うことはできません。

• トラフィックを節約するために過圧縮することが知られているサービス（Picasa、Imgur、Dropbox）よりも高品質のJPEG（Flickr、SmugMug、23hq、500px）を好むことが知られているサービスを選択します。通常、あなたはあなたが支払うものを手に入れます。
• 自分で写真のサイズを変更して、適切なサイズでアップロードしてみてください（とにかくそれを再圧縮するサービスもあれば、アップロードされたファイルを提供するサービスもあります）

JPEGは実際には、損失のある圧縮と損失のない圧縮の2種類の圧縮を使用します。ロスレス圧縮はアーティファクトを引き起こさないため、その部分は無視できます。JPEGの特定のタイプの不可逆圧縮は、数学のknurdsの離散コサイン変換と呼ばれ、圧縮率と忠実度の間のトレードオフを可能にします。ほとんどのソフトウェアは、これを「品質」の値と見なします。通常は0〜100のスケールで、100は事実上損失がないか、非常にわずかであり、そこから低下します。

この特定の圧縮アルゴリズムが採用されたのは、人間の視覚システムが他のシーンコンポーネントほど気づかないような種類のものを捨てるのが得意だからです。これは、かなりまともな写真が印象的に高い圧縮率を持つことができる理由の一部です。これは、合成画像やラインアートではなく、実際の連続トーン写真でうまく機能する理由でもあります。

これは、見やすくするためにピクセルを2倍に複製した大きな写真の200 x 300の領域です。これはJPEG圧縮「品質」100を使用しました：

品質80、79％のファイルサイズ削減：

品質60、86％の削減：

品質40、90％の削減：

ファイルサイズの削減は、ファイル全体のJPEG圧縮に基づいていたため、ヘッダー構造およびその他の固定オーバーヘッドはデータのごく一部でした。

元の情報のほぼ4/5が放り出されていたとしても、2番目の画像でアーティファクトを見つけるために探す必要があることに注意してください。JPEG圧縮アーチファクトは、通常、シャープなエッジとゆっくり変化する平坦な領域で最も目立ちます。ラインアートはすべてシャープなエッジであるため、JPEG圧縮はそれに適していません。

圧縮率が高くなると、圧縮アーチファクトが徐々に悪化することがわかります。ただし、下の図には、生の情報の9/10が削除されているため、驚くほど多くの視覚情報が保持されています。

JPEG非可逆圧縮の特徴であるアーティファクトのタイプは、ゆっくりと変化する平坦な領域の「ブロック性」と、周囲の高コントラストエッジの「汚れ」です。たとえば、上の図の右下の領域を参照してください。焦点が合っていない背景が含まれているため、値はゆっくりと変化しています。ブロッキーネスは非常に明白です。「汚れ」の例については、ヤギの左角を見てください。これらの2つのタイプのアーティファクトは、通常、JPEG圧縮が行われた強力な手がかりです。また、上記の他の写真でこれらを探して、表示され始めたときの外観や、さまざまな状況で許容できる圧縮率の種類について理解してください。

JPG圧縮はピクセルのブロックで行われます。高度に圧縮されたJPG画像では、これらのブロックのエッジが見られます。元の画像では、2つのピクセルの輝度と色が非常に近くなっている可能性がありますが、異なるブロックにある場合、圧縮および解凍（表示時）の後にそれらの値は元の値と異なる場合があるため、その緩やかなブレンドを失い、この「ブロック感」が見え始めます。

空の典型的な例を次に示します-JPGは0品質で保存されます。

JPG圧縮を使用するサイトにアップロードする場合、次の2つのことを行うとより良い結果が得られる可能性があります（動作を確認するには、サイトを実験する必要があります）

• 画像のサイズをサイトで許可されている最大の高さ/幅の範囲内に変更して、ウェブサイトが画像のサイズを変更しないようにします

• 独自の圧縮を行って、ファイルサイズを小さくし、品質を向上させます。サイトがどのように機能するかに応じて、画像が既に十分に小さい場合、それ以上の圧縮を行わない場合があります。または、たとえ圧縮しても、効果が小さい場合があります。

画像からJPGアーティファクトを削除する限り、JPGアーティファクトは通常のセンサーノイズと同様に見えます。ノイズを低減するソフトウェアは、いくつかの小さなJPGアーティファクトの除去にはある程度成功しますが、詳細は失われます。

JPG品質が50％のブロックノイズの例を示しますが、ノイズに似た暗いピクセルと明るいピクセルもあります。

Topaz Labsには、特にJPGアーティファクトに作用するDeJpegという製品があります。これは、細部をあまり失うことなく、これでうまく機能します。プラグインはまた、いくつかのシャープニングと一般的なノイズリダクションを行うことができます。プラグインは、Photoshop CS、Photoshop Elements、およびPaint Shop Proと互換性があります。LightroomやApertureで動作するとは思わない。

特定のターゲットファイルサイズに達するまでファイルを圧縮するWebサイトの場合、特定の状況で画像の品質を改善する方法があります。

JPEGは、画像を[一連の]周波数空間表現に変換することで機能します（XとYは水平および垂直周波数を表し、「明るさ」は周波数の振幅を表します）。特定の振幅以下の周波数は無視され、保存されるデータ量が削減され、圧縮が実現します。

ノイズには、JPEGで圧縮できない周波数の幅広いスペクトルがあります。そのため、2つの画像を作成し、同じレベルの圧縮を適用し、JPEG圧縮後に2つの異なるファイルサイズを取得できます。

画像を撮影し、重要でない背景領域を意図的にぼかすと、情報の総量が減り、これらの領域の圧縮率がはるかに高くなり、詳細が重要な領域をエンコードするためのキロバイトが増えます。これは、背景がすでに焦点が合っていない画像で特にうまく機能します。

拡大されたjpegの例を次に示します。

ウィキペディアのユーザーFelixHによる画像。この画像は、Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unportedライセンスの下でライセンスされています。

この画像では、青色の領域にいわゆる「アーティファクト」がはっきりと見えます。画像がブロックに分割されているように見え、ブロックの境界が一致しないことに注意してください。

この問題を回避または軽減するためにできることがいくつかあります。

• 最も明らかなのは、jpegを使用しないことです。RAW、PNG、またはロスレスTIFFなどのロスレス圧縮形式を使用して画像を操作することもできます。写真をウェブやメールなどにアップロードしたい場合、最後のステップでjpegにダウングレードするだけです。

• jpeg形式では、圧縮レベルを構成できます。必要に応じてアーティファクトを減らすことができますが、ファイルは大きくなります。

• 世代ごとに品質がさらに低下するため、jpegを何度も保存し直すことは避けてください。

アーティファクトは、画像処理の望ましくない副作用です。この場合、それらはデータがJPEGアルゴリズムによって圧縮される方法に起因します。

一般的に、人々はあまり多くのストレージスペースを使用することなく、写真をデジタルで保存できることを望んでいます。その結果、ほとんどの写真はJPEG形式で保存されます。これは、可能な限り多くの詳細を保持しようとする方法で画像を構成するデータを圧縮する形式です。圧縮のレベルは、ファイルの作成時に変更できます。ただし、これは「損失のある」アルゴリズムです。つまり、一部のデータが破棄されます。圧縮されたJPEGファイルから元のデータに戻ることはできません。

このデータの損失は、画質を犠牲にします。圧縮は、イメージ全体への影響を最小限に抑えるように設計されていますが、高い圧縮レベルでは顕著になります。

JPEGアーティファクトは、通常、色のブロック状のセクションのように見えます。青い空や霧のシーンなど、色の大きなウォッシュで微妙な段階的な色の変化がある場所で見ることができます。アーティファクトは、滑らかなブレンドではなく、特定の色のギザギザの輪郭のように見えます。

より高度に圧縮されたシーンでは、被写体の境界の周りにもアーティファクトが見られます。たとえば、明るい空を背景に木の枝があります。これらは、被験者を取り囲む斑点状のブロックのように見えます。

アーティファクトを減らすための最良のアプローチは次のとおりです。

1. 常に元の画像を保持します。圧縮されたJPEGを保存せずに、後で再度開いて保存し直してください。これの極端な例については、600回再圧縮された画像を示すビデオ、Generation Lossを参照してください。
2. ファイルサイズの制限がある場合は、できるだけ高品質で保存してください。
3. 画像を大幅に再圧縮するサービスの使用は避けてください-必要に応じて他の場所で画像をホストし、直接リンクします。

詳細については、http：//photo.net/learn/jpeg/を参照してください。