فرمت JPEG

آیا تجربه عکاسی دیجیتال داشته‌اید؟ با دوربین دیجیتال خود عکاسی نموده‌اید؟ شاید گوشی تلفن همراه شما دارای دوربین دیجیتال است؟ یا فقط تنها آشنایی شما با عکس‌های دیجیتال از طریق اسکن نمودن عکس‌های چاپی عادی و تبدیل آنها به نوعی از فرمت‌های معروف عکس دیجیتال بوده است؟
در هر صورت این روزها بازار عکس و عکاسی و صد البته دوربین دیجیتال بسیار داغ شده است. بخصوص که سازندگان معروف گوشی‌های تلفن همراه نیز به تازگی اقدام به بالابردن کیفیت دوربین‌های دیجیتال همراه گوشی‌های خود نموده اند.
حتی اگر یکبار به تنظیمات نرم افزاری یا سخت افزاری یک دوربین دیجیتال نگاهی انداخته باشید با اصطلاحات و مفاهیم جدیدی روبرو خواهید شد که حتی در صورت آشنایی اولیه شما با مفاهیم پایه‌ای و اساسی عکاسی سنتی، برای شما تازگی خواهد داشت.

JPEG چیست؟
معمولترین فرمت تصویری بکارگرفته شده برای تصاویر دیجیتال JPEG یا Joint Photographic Experts Group است. عمومیت این فرمت از تصویر به گونه ای است که با تمامی کاووشگرهای وب و نرم‌افزارهای نمایش و ویرایش تصویر همخوانی داشته و اجازه فشرده‌سازی  تصویر با ضرائب 10 تا 20 را به گونه‌ای می دهد که در صورت برگرداندن تصویر فشرده شده به حالت اولیه، افت کیفیت ناچیز و غیر قابل دیدنی را نسبت به تصویر اولیه در تصویر نهایی داشته باشیم. در حقیقت فشرده سازی در JPEG مهمترین قابلیت بکارگیری این فرمت به حساب می آید. روش‌های فشرده سازی مبتنی بر مرتب سازی اطلاعات رنگها و جزئیات است. چشم انسان بیشتر به جزئیات طرح در تصویر حساس است تا تغییرات جزئی رنگ در یک تصویر رنگی، علاوه بر این چشم به تغییرات زبر و خشن حساسیت بیشتری نسبت به تغییرات نرم و یکنواخت در یک طرح دارد. با در نظر گرفتن عوامل فوق و بکارگیری الگوریتم‌‌های ریاضی خاص و ترکیب آنها با یکدیگر روش فشرده سازی JPEG ابداع شده است.

JPEG اجازه می‌دهد که بین کیفیت تصویر نهایی و حجم فایل تولید شده برای تصویر سبک سنگین نموده و حالت ایده آل را انتخاب نماییم. در روش JPEG ، تصویر به مجموعه‌ای از مربعهای 8*8 پیکسلی تقسیم می شود که هر مربع به صورت مستقل از مابقی تصویر فشرده می‌شود. در ابتدا این مربعها با نمایه ای از خطوط ریز از یکدیگر قابل تمیز هستند و با افزایش درصد فشرده سازی تصویر، این مربع‌ها بیشتر مشخص خواهند شود.

در شکل 1 یک تصویر JPEG با کیفیت 100% دیده می‌شود. با وجود اینکه در این درصد از کیفیت تمایز کیفیت تصویر با تصویر فشرده نشده به سختی مشخص است، اما 6 بار در حجم فایل تصویر کاهش حجم داشته ایم.

در شکل 2 کیفیت 80% است و این در حالی است که حدود 10 بار در حجم فایل تصویر صرفه جویی شده است.

در شکل 3 کیفیت 60% شده و فایل تصویر 20 بار کوچک شده است. در این کیفیت مربع‌های JPEG به وضوح قابل تشخیص می‌باشند. مطمئناً در هر کاربرد خاص می توان بین حجم فایل مورد نظر و کیفیت فاکتور قابل قبول را انتخاب نمود.

در شکل 4 کیفیت 10% در تصاویر قبل نمایش داده شده است.

اگر برای ویرایش یک تصویر دیجیتال نیاز به ذخیره سازی چندباره آن تصویر دارید، پیشنهاد می‌شود که در هر بار ذخیره سازی آن (Save/Save as) از فرمت غیر فشرده همانند TIFF یا فرمت محلی برای ویرایش تصویر، مثلاً PSD در برنامه فتوشاپ استفاده نمایید. زیرا در صورت ذخیره سازی متناوب با فرمت JPEG تغییری در حجم فایل رخ نخواهد داد ولی کیفیت تصویر چندین بار کاهش خواهد یافت. بنابراین پس از تهیه تصویر نهایی آن را به فرمت JPEG ذخیره یا به عبارت دیگر فشرده سازی نمایید.
دوربین‌های دیجیتال قابلیت ذخیره سازی تصاویر در فرمت JPEG با کیفیتهای FINE ، NORMAL و BASIC دارند. همیشه از بالاترین کیفیت JPEG در این دوربین‌ها استفاده نمایید زیرا در این کیفیت نیز دوربین تصویر را به صورت فشرده ذخیره خواهد ساخت.

فشرده‌سازی

در شماره‌های پاییز و زمستان ۸۴ ماهنامه دنیای کامپیوتر و ارتباطات ستونی به نام عکس دیجیتال منتشر می‌شد که به زبانی ساده به مفاهیم اولیه عکس و عکاسی دیجیتال می‌پرداخت...

فشرده سازی

تصاویر دیجیتال به دو روش فشرده می شوند: فشرده سازی بدون تلفات و فشرده سازی با تلفات.

فشرده سازی بدون تلفات
عملیات فشرده سازی بدون تلفات مانند آن عملی است که نرم افزار WinZip انجام می دهد. به عنوان نمونه اگر سندی با این نرم افزار فشرده و تبدیل به یک Zip فایل گردد و سپس فایل zip مجدداً باز شده و سند باز گردد، محتویات سند با حالت اول برابر است. پردازش‌های فشرده سازی و باز کردن سند فقط مقداری زمان مصرف خواهد نمود و هیچ نوع اطلاعاتی در این میان از بین نخواهد رفت. از فرمت‌های معروف فشرده سازی بدون تلفات در تصاویر دیجیتال می‌توان به فرمت TIFF اشاره نمود.

فشرده سازی با تلفات
عملیات فشرده سازی با تلفات حجم فایل تصویر را با دور ریختن برخی از اطلاعات تصویر کاهش می‌دهد. در حالت کلی می‌توان این عمل را یک نوع خلاصه سازی یک سند دانست. به عنوان نمونه برای تصور چگونگی عملکرد این روش فرض کنید که یک متن 10 صفحه‌ای داریم. واضح است که می‌توان این متن را با کمی خلاصه سازی به یک متن 9 صفحه‌ای یا با خلاصه سازی فراوان به یک متن یک صفحه‌ای تبدیل نمود. اما نکته مهم این است که به کمک هیچیک از انواع خلاصه شده نمی توان به متن اصلی رسید زیرا اطلاعاتی از متن اصلی در جریان خلاصه سازی اولیه دور ریخته شده است. این موارد در عملیات فشرده سازی تصاویر دیجیتال نیز صادق است. از انواع فرمت‌های معروف فشرده سازی با تلفات فرمت JPEG می‌باشد.

مثال عددی
برای درک کامل کاربرد و قابلیت‌های هر یک از روش‌های فشرده سازی یک مثال واقعی را در زیر بررسی می‌کنیم. جدول زیر روش‌های فشرده سازی متفاوت یک تصویر با رزولوشن 5 مگاپیکسل (2560 * 1920 ) را در فرمت‌های مختلف تصویری نمایش داده است.

کیفیت تصویر	سایز فایل به مگا بایت	توضیحات
TIFF فشرده نشده	14.1	سه کانال 8 بیت
RAW 12 بیت فشرده نشده	7.7	یک کانال 12 بیت
TIFF فشرده شده	6.0	فشرده سازی بدون تلفات
RAW 12 بیت فشرده شده	4.3	تقریباً فشرده سازی بدون تلفات
JPEG با کیفیت 100%	2.3	به سختی با حالت فشرده نشده قابل تمایز است.
JPEG با کیفیت 80%	1.3	مناسب برای چاپ به ابعاد 10*15
JPEG با کیفیت 60%	0.7	مناسب برای استفاده در وب سایت
JPEG با کیفیت 20%	0.2	کیفیت خیلی پایین

توجه کنید که در حقیقت سایز فایل‌های تصویری فشرده رابطه مستقیمی با میزان نمایش جزئیات در تصویر دارد. به عنوان نمونه در جدول دیده می‌شود که تصویر JPEG با کیفیت 80% حجم 1.3 مگابایت دارد. این در حالی است که اگر همان تصویر 5 مگا پیکسلی دارای تعداد سطوحی یکنواخت می‌بود حجم همان تصویر در کیفیت 80%، فقط 0.8 مگا بایت می‌شد و بر خلاف آن اگر تصویردارای جزئیات فراوان می‌بود حجم JPEG 80% آن تصویر 1.7 مگا بایت می‌شد.

White Balance

در شماره‌های پاییز و زمستان ۸۴ ماهنامه دنیای کامپیوتر و ارتباطات ستونی به نام عکس دیجیتال منتشر می‌شد که به زبانی ساده به مفاهیم اولیه عکس و عکاسی دیجیتال می‌پرداخت. از آنجا که مفاهیم اولیه مطرح می‌شد، گذشت زمان گرد کهنگی بر آن ننشانده‌است. برگزیده‌ای از آن مطالب به تدریج آورده خواهد‌شد.

White Balance
با کمی دقت در تنظیمات یک دوربین دیجیتال به اصطلاحی جدید برخورد خواهید نمود که در دوربین‌ها و عکاسی فیلمی نا آشنا است. البته بیشتر عکس‌های آماتوری یا یادگاری در حالت خودکار دوربین برداشته شده و بنابراین نیازی به تنظیم نمودن آن احساس نمی شود. اما شناخت رنگ‌ها و تاثیر آنها به همراه تنظیم دقیق white balance در یک دوربین دیجیتال باعث خلق تصاویری شفاف با رنگ‌های زنده و طبیعی خواهد شد. برای آشنایی با White Balance بهتر است ابتدا با درجه گرمی رنگ‌ها آشنا شویم.

گرمی رنگ

بیشتر منابع نوری دارای رنگ100 درصد سفید نیستند اما درجه روشنایی آنها که گرمی یا دمای رنگ نامیده می شود بر اساس مقیاس کلوین  سنجیده می شود. به عنوان نمونه آفتاب سر ظهر بیشتر از آفتاب زرد رنگ صبح یا بعد از ظهر به رنگ سفید نزدیک است. جدول زیر درجه کلوین چند منبع نوری متداول را نمایش داده است:

منبع نور	گرمی رنگ بر اساس درجه کلوین
شعله شمع	1500
لامپ	3000
طلوع، غروب	3500
آفتاب سر ظهر، فلاش عکاسی	5500
آفتابی درخشان، اسکی	6000
ابری	7000
اسکی آفتابی	9000

در حالت عادی چشم ما تاثیر شرایط نوری با گرمای متفاوت را جبران می کند. یک دوربین دیجیتال نیاز به یافتن مرجعی برای نمایش رنگ سفید دارد. پس از مشخص شدن مرجع رنگ سفید تمام رنگ‌های دیگر نیز بر اساس آن محاسبه خواهند شد. فرض کنید یک لامپ هالوژن زرد رنگ یک دیوار سفید رنگ را روشن نماید. با وجود آنکه دیوار به رنگ زرد دیده می‌شود ولی در حقیقت دیوار سفید رنگ است. بنابراین اگر دوربین رنگ واقعی دیوار را بداند، بر آن اساس تمام رنگ‌های دیگر موجود در تصویر را جبران خواهد نمود.
بیشتر دوربین‌های دیجیتال حالت تنظیم White Balance خودکار دارند. در این حالت دوربین تمامی رنگ‌های موجود در تصویر را بررسی نموده و بر اساس آنها بهترین رنگ را برای محاسبه White balance انتخاب می نماید. با این وجود حالت تنظیم خودکار در برخی از موارد به اشتباه می‌افتد. اگر در تصویر رنگ خاصی، به خصوص رنگ سبز غالب باشد و هیچ رنگ سفید طبیعی در تصویر وجود نداشته باشد حالت خودکار دوربین به اشتباه خواهد افتاد. یک تصویر از بیشه‌زاری سرسبز را در نظر بگیرید که هیچ جسمی به رنگ سفید در آن وجود نداشته باشد و اکثر اشیا، گیاهان و درختان سبز رنگ باشند. حالت خودکار white balance دوربین در این تصویر به اشتباه خواهد افتاد و تصویر گرفته شده دارای رنگ‌های مصنوعی خواهد بود. اما اگر مثلاً در آسمان همان تصویر ابر سفید رنگ وجود داشته باشد، دوربین رنگ سفید ابر را به عنوان مرجع رنگ سفید محاسبه نموده و تصویری با رنگ های زنده و طبیعی خلق خواهد شد.
بیشتر دوربین های دیجیتال اجازه تنظیم دستی white balance را می‌دهند. حالت‌های آفتابی، ابری، فلوئورسانت، لامپ و غیره از جمله حالت‌های قابل انتخاب در این دوربین ها است. دوربین‌های دیجیتال حرفه ای موسوم به SLR   اجازه تعریف مرجع White Balance را به عکاس می‌دهند. در این نوع از دوربین‌ها قبل از تصویر برداری با فوکوس بر روی سطحی از تصویر که دارای رنگ سفید یا خاکستری کمرنگ است می‌توان رنگ مرجع محاسبات white Balance را برای دوربین تعریف نمود.
توصیه می‌شود تا حد ممکن از حالت خودکار White Balance استفاده نشود. برای ایجاد نتیجه‌ای مطلوب و کسب تجربه یک تصویر را با چند حالت White Balance تصویر برداری و نتیجه را از لحاظ کیفیت رنگ های خلق شده با یکدیگر مقایسه نمایید.