JPEG

JPEG

صورة لقط بري أوروبي مع معدل الضغط والخسائر المرتبطة به، متناقصة من اليسار إلى اليمين
امتداد اسم الملف	.jpg, .jpeg, .jpe .jif, .jfif,.jfi
نوع الوسائط على الإنترنت	الصورة/jpeg
نوع الكود	JPEG
معرف النوع الموحد (UTI)	العامة.jpeg
الرقم السحري	ff d8 ff
تم التطوير بواسطة	مجموعة الخبراء الفوتوغرافيين المشتركة ، IBM ، Mitsubishi Electric ، AT&T ، Canon Inc. [1]
الإصدار الأولي	18 سبتمبر 1992 ؛ منذ 32 عامًا ( 1992-09-18 )
نوع التنسيق	تنسيق ضغط الصور مع فقدان البيانات
ممتدة إلى	جي بي إي جي 2000
معيار	ISO/IEC 10918، ITU-T T.81، ITU-T T.83، ITU-T T.84، ITU-T T.86
موقع إلكتروني	jpeg.org/jpeg/

JPEG ( / ˈdʒeɪpɛɡ / JAY - peg ، اختصار لـ Joint Photographic Experts Group ) [ ^2] هي طريقة شائعة الاستخدام للضغط مع فقدان البيانات للصور الرقمية ، وخاصة تلك الصور التي تم إنتاجها بواسطة التصوير الفوتوغرافي الرقمي . يمكن تعديل درجة الضغط، مما يسمح بمقايضة قابلة للاختيار بين حجم التخزين وجودة الصورة . يحقق JPEG عادةً ضغطًا بنسبة 10:1 مع فقدان ضئيل ملحوظ في جودة الصورة. ^[3] منذ تقديمه في عام 1992، كان JPEG هو معيار ضغط الصور الأكثر استخدامًا في العالم، ^{[4] [5]} وتنسيق الصور الرقمية الأكثر استخدامًا ، مع إنتاج عدة مليارات من صور JPEG يوميًا اعتبارًا من عام 2015. ^[6]

أنشأت مجموعة الخبراء الفوتوغرافيين المشتركين المعيار في عام 1992. ^[7] كان تنسيق JPEG مسؤولاً إلى حد كبير عن انتشار الصور الرقمية والصور الرقمية عبر الإنترنت ووسائل التواصل الاجتماعي لاحقًا . ^{[8] [ مرجع دائري ]} يتم استخدام ضغط JPEG في عدد من تنسيقات ملفات الصور . JPEG / Exif هو تنسيق الصور الأكثر شيوعًا الذي تستخدمه الكاميرات الرقمية وأجهزة التقاط الصور الفوتوغرافية الأخرى؛ إلى جانب JPEG / JFIF ، فهو التنسيق الأكثر شيوعًا لتخزين ونقل الصور الفوتوغرافية على شبكة الويب العالمية . ^[9] غالبًا ما لا يتم التمييز بين هذه الاختلافات في التنسيق وتسمى ببساطة JPEG.

إن نوع الوسائط MIME لـ JPEG هو "image/jpeg"، باستثناء إصدارات Internet Explorer الأقدم ، التي توفر نوع MIME "image/pjpeg" عند تحميل صور JPEG. ^[10] عادةً ما يكون لملفات JPEG امتداد اسم الملف "jpg" أو "jpeg". يدعم JPEG/JFIF حجم صورة أقصى يبلغ 65,535×65,535 بكسل، ^[11] وبالتالي يصل إلى 4 جيجا بكسل لنسبة عرض إلى ارتفاع 1:1. في عام 2000، قدمت مجموعة JPEG تنسيقًا يهدف إلى أن يكون خليفة، JPEG 2000 ، لكنه لم يتمكن من استبدال JPEG الأصلي كمعيار للصورة السائد. ^[12]

تطبق مواصفات JPEG الأصلية المنشورة في عام 1992 عمليات من أوراق بحثية وبراءات اختراع سابقة مختلفة استشهدت بها CCITT (الآن ITU-T ) ومجموعة الخبراء الفوتوغرافيين المشتركة. ^[1]

تستشهد مواصفات JPEG ببراءات اختراع من عدة شركات. وتوفر براءات الاختراع التالية الأساس لخوارزمية الترميز الحسابي الخاصة بها . ^[1]

• آي بي إم
  • براءة الاختراع الأمريكية رقم 4,652,856 – 4 فبراير 1986 – Kottappuram MA Mohiuddin and Jorma J. Rissanen – كود حسابي متعدد الحروف الهجائية خالي من الضرب
  • براءة اختراع أمريكية رقم 4,905,297 – 27 فبراير 1990 – جي لانجدون، وجيه إل ميتشل ، و دبليو بي بينيبكر، وجورما جيه ريسانين – نظام ترميز وفك تشفير حسابي
  • براءة اختراع أمريكية رقم 4,935,882 – 19 يونيو 1990 – دبليو بي بينيباكر وجاي إل ميتشل – تكييف الاحتمالات لمبرمجي الحساب
• ميتسوبيشي الكتريك
  • JP H02202267  (1021672) - 21 يناير 1989 - توشيهيرو كيمورا، شيغينوري كينو، فوميتاكا أونو، ماسايوكي يوشيدا - نظام الترميز
  • JP H03247123  (2-46275) - 26 فبراير 1990 - توموهيرو كيمورا، شيغينوري كينو، فوميتاكا أونو، وماسايوكي يوشيدا - جهاز الترميز وطريقة الترميز

كما تستشهد مواصفات JPEG بثلاث براءات اختراع أخرى من IBM. وتشمل الشركات الأخرى المذكورة كحاملي براءات اختراع شركة AT&T (براءتي اختراع) وشركة Canon Inc. ^[1] وتغيب عن القائمة براءة الاختراع الأمريكية رقم 4,698,672 ، التي قدمها وين-هسيونج تشين ودانييل جيه كلينك من Compression Labs في أكتوبر 1986. تصف براءة الاختراع خوارزمية ضغط الصور القائمة على DCT، وستكون لاحقًا سببًا للجدل في عام 2002 (انظر الجدل حول براءات الاختراع أدناه). ^[13] ومع ذلك، استشهدت مواصفات JPEG بورقتي بحث سابقتين من تأليف وين-هسيونج تشين، نُشرتا في عامي 1977 و1984. ^[1]

"JPEG" تعني مجموعة الخبراء الفوتوغرافيين المشتركة ، وهو اسم اللجنة التي أنشأت معيار JPEG ومعايير ترميز الصور الثابتة الأخرى. تعني كلمة "Joint" ISO TC97 WG8 و CCITT SGVIII. تأسست المجموعة في عام 1986، وطورت معيار JPEG خلال أواخر الثمانينيات. ونشرت المجموعة معيار JPEG في عام 1992. ^[4]

في عام 1987، أصبحت ISO TC 97 هي ISO/IEC JTC 1، وفي عام 1992، أصبحت CCITT هي ITU-T. حاليًا على جانب JTC1، يعد JPEG واحدًا من مجموعتين فرعيتين من اللجنة الفنية المشتركة 1 التابعة لـ ISO / IEC ، اللجنة الفرعية 29، مجموعة العمل 1 ( ISO/IEC JTC 1/SC 29 /WG 1) - بعنوان تشفير الصور الثابتة . ^{[14] [15] [16]} وعلى جانب ITU-T، تعد ITU-T SG16 هي الهيئة المعنية. تم تنظيم مجموعة JPEG الأصلية في عام 1986، ^[17] وأصدرت أول معيار JPEG في عام 1992، والذي تمت الموافقة عليه في سبتمبر 1992 باعتباره توصية ITU-T T.81 ^[18] وفي عام 1994، باعتباره ISO / IEC 10918-1 .

تحدد معايير JPEG برنامج الترميز ، الذي يحدد كيفية ضغط الصورة إلى تيار من البايتات وفك ضغطها مرة أخرى إلى صورة، ولكن ليس تنسيق الملف المستخدم لاحتواء هذا التيار. ^[19] تحدد معايير Exif و JFIF تنسيقات الملفات المستخدمة بشكل شائع لتبادل الصور المضغوطة بتنسيق JPEG.

تُعرف معايير JPEG رسميًا باسم تكنولوجيا المعلومات - الضغط والتشفير الرقمي للصور الثابتة ذات النغمة المستمرة . تتكون ISO/IEC 10918 من الأجزاء التالية:

الضغط والترميز الرقمي للصور الثابتة ذات النغمة المستمرة – الأجزاء ^{[15] [17] [20]}

جزء	معيار ISO/IEC	توصية قطاع تقييس الاتصالات	تاريخ الإصدار العام الأول	التعديل الأخير	عنوان	وصف
الجزء الأول	ايزو/اي اي سي 10918-1:1994	ت.81 (09/92)	18 سبتمبر 1992		المتطلبات والمبادئ التوجيهية
الجزء الثاني	ايزو/اي اي سي 10918-2:1995	ت.83 (11/94)	11 نوفمبر 1994		اختبار الامتثال	قواعد وفحوصات مطابقة البرامج (الجزء الأول).
الجزء الثالث	ايزو/اي اي سي 10918-3:1997	ت.84 (07/96)	3 يوليو 1996	1 أبريل 1999	الإضافات	مجموعة من الملحقات لتحسين الجزء الأول، بما في ذلك تنسيق ملف تبادل الصور الثابتة (SPIFF). [21]
الجزء الرابع	ايزو/اي اي سي 10918-4:2024	ت.86 (06/98)	18 يونيو 1998		علامات التطبيق	طرق تسجيل بعض المعلمات المستخدمة لتمديد JPEG
الجزء الخامس	ايزو/اي اي سي 10918-5:2013	ت.871 (05/11)	14 مايو 2011		تنسيق تبادل الملفات JPEG (JFIF)	تنسيق شائع كان بمثابة تنسيق الملف الفعلي للصور المشفرة بمعيار JPEG. في عام 2009، أنشأت لجنة JPEG رسميًا مجموعة مخصصة لتوحيد تنسيق JFIF باعتباره الجزء 5 من JPEG. [22]
الجزء السادس	ايزو/اي اي سي 10918-6:2013	ت.872 (06/12)	يونيو 2012		تطبيق على أنظمة الطباعة	يحدد مجموعة فرعية من الميزات وأدوات التطبيق لتبادل الصور المشفرة وفقًا لـ ISO/IEC 10918-1 للطباعة.
الجزء السابع	ايزو/اي اي سي 10918-7:2023	ت.873 (06/21)	مايو 2019	نوفمبر 2023	برنامج مرجعي	يوفر تنفيذات مرجعية لنظام الترميز الأساسي JPEG

حددت Ecma International TR /98 تنسيق تبادل ملفات JPEG (JFIF)؛ وقد نُشرت الطبعة الأولى في يونيو 2009. ^[23]

في عام 2002، أكدت شركة Forgent Networks أنها تمتلك حقوق براءات الاختراع الخاصة بتقنية JPEG وستنفذها، والتي نشأت عن براءة اختراع تم تقديمها في 27 أكتوبر 1986، ومنحت في 6 أكتوبر 1987: براءة اختراع أمريكية رقم 4،698،672 من قبل Wen-Hsiung Chen و Daniel J. Klenke من Compression Labs . ^{[13] [24]} في حين لم تكن شركة Forgent تمتلك Compression Labs في ذلك الوقت، باع Chen لاحقًا Compression Labs إلى Forgent، قبل أن يواصل Chen العمل في شركة Cisco . أدى هذا إلى حصول Forgent على ملكية براءة الاختراع. ^[13] أثار إعلان Forgent في عام 2002 ضجة تذكرنا بمحاولات Unisys لتأكيد حقوقها على معيار ضغط صور GIF.

حققت لجنة JPEG في ادعاءات براءات الاختراع في عام 2002 وكانت من الرأي أنها غير صالحة بموجب الفن السابق ، ^[25] وهي وجهة نظر يشاركها خبراء مختلفون. ^{[13] [26]}

في الفترة ما بين عامي 2002 و2004، تمكنت شركة فورجنت من الحصول على حوالي 105 مليون دولار أمريكي من خلال ترخيص براءات اختراعها لحوالي 30 شركة. وفي أبريل 2004، رفعت شركة فورجنت دعوى قضائية ضد 31 شركة أخرى لفرض المزيد من مدفوعات الترخيص. وفي يوليو من نفس العام، رفع اتحاد من 21 شركة كمبيوتر كبيرة دعوى مضادة، بهدف إبطال براءة الاختراع. بالإضافة إلى ذلك، رفعت شركة مايكروسوفت دعوى قضائية منفصلة ضد شركة فورجنت في أبريل 2005. ^[27] وفي فبراير 2006، وافق مكتب براءات الاختراع والعلامات التجارية بالولايات المتحدة على إعادة فحص براءة اختراع فورجنت بتنسيق JPEG بناءً على طلب مؤسسة براءات الاختراع العامة. ^[28] وفي 26 مايو 2006، وجد مكتب براءات الاختراع والعلامات التجارية بالولايات المتحدة أن براءة الاختراع غير صالحة بناءً على الفن السابق. ووجد مكتب براءات الاختراع والعلامات التجارية بالولايات المتحدة أيضًا أن شركة فورجنت كانت على علم بالفن السابق، ومع ذلك تجنبت عمدًا إخبار مكتب براءات الاختراع. وهذا يجعل أي استئناف لإعادة براءة الاختراع من غير المرجح أن ينجح. ^[29]

تمتلك شركة Forgent أيضًا براءة اختراع مماثلة منحها لها مكتب براءات الاختراع الأوروبي في عام 1994، على الرغم من أنه من غير الواضح مدى إمكانية إنفاذها. ^[30]

اعتبارًا من 27 أكتوبر 2006، يبدو أن مدة براءة الاختراع الأمريكية البالغة 20 عامًا قد انتهت، وفي نوفمبر 2006، وافقت شركة Forgent على التخلي عن إنفاذ مطالبات براءة الاختراع ضد استخدام معيار JPEG. ^[31]

من بين الأهداف الصريحة للجنة JPEG أن تكون معاييرها (وخاصة أساليبها الأساسية) قابلة للتنفيذ دون دفع رسوم الترخيص، وقد حصلت على حقوق الترخيص المناسبة لمعيار JPEG 2000 الخاص بها من أكثر من 20 منظمة كبيرة.

بدءًا من أغسطس 2007، ادعت شركة أخرى، Global Patent Holdings, LLC، أن براءة اختراعها ( براءة الاختراع الأمريكية رقم 5,253,341 ) الصادرة في عام 1993، قد انتهكت من خلال تنزيل صور JPEG إما على موقع ويب أو عبر البريد الإلكتروني. إذا لم يتم إبطال هذه البراءة، فيمكن تطبيقها على أي موقع ويب يعرض صور JPEG. كانت براءة الاختراع قيد إعادة الفحص من قبل مكتب براءات الاختراع والعلامات التجارية الأمريكي من عام 2000 إلى عام 2007؛ في يوليو 2007، ألغى مكتب براءات الاختراع جميع المطالبات الأصلية للبراءة ولكنه وجد أن المطالبة الإضافية التي اقترحتها Global Patent Holdings (المطالبة 17) كانت صالحة. ^[32] ثم رفعت Global Patent Holdings عددًا من الدعاوى القضائية بناءً على المطالبة 17 من براءتها.

في الدعويين القضائيتين الأوليين اللتين رفعتهما بعد إعادة الفحص، واللتين تم رفعهما في شيكاغو، إلينوي، رفعت شركة Global Patent Holdings دعوى قضائية ضد Green Bay Packers و CDW و Motorola و Apple و Orbitz و Officemax و Caterpillar و Kraft و Peapod كمدعى عليهم. وتم رفع دعوى قضائية ثالثة في 5 ديسمبر 2007، في جنوب فلوريدا ضد ADT Security Services و AutoNation و Florida Crystals Corp. وHearUSA و MovieTickets.com و Ocwen Financial Corp. و Tire Kingdom ، ودعوى قضائية رابعة في 8 يناير 2008، في جنوب فلوريدا ضد Boca Raton Resort & Club . وتم رفع دعوى قضائية خامسة ضد شركة Global Patent Holdings في نيفادا. وقد رفعت هذه الدعوى القضائية شركة Zappos.com ، Inc.، التي يُزعم أنها تعرضت للتهديد من قبل شركة Global Patent Holdings، وسعت إلى الحصول على إعلان قضائي بأن براءة الاختراع '341 غير صالحة ولم يتم انتهاكها.

كما استخدمت شركة Global Patent Holdings براءة الاختراع '341 لمقاضاة أو تهديد المنتقدين الصريحين لبراءات اختراع البرمجيات الواسعة النطاق، بما في ذلك جريجوري أهارونيان ^[33] والمشغل المجهول لمدونة موقع الويب المعروفة باسم " Patent Troll Tracker ". ^[34] في 21 ديسمبر 2007، طلب محامي براءات الاختراع فيرنون فرانسيسن من شيكاغو من مكتب براءات الاختراع والعلامات التجارية الأمريكي إعادة النظر في المطالبة الوحيدة المتبقية من براءة الاختراع '341 على أساس الفن السابق الجديد. ^[35]

في 5 مارس 2008، وافق مكتب براءات الاختراع والعلامات التجارية الأمريكي على إعادة النظر في براءة الاختراع '341، ووجد أن الفن السابق الجديد أثار أسئلة جديدة جوهرية فيما يتعلق بصحة براءة الاختراع. ^[36] وفي ضوء إعادة النظر، قدم المتهمون بالانتهاك في أربع من الدعاوى القضائية الخمس المعلقة طلبات لتعليق (إيقاف) قضاياهم حتى اكتمال مراجعة مكتب براءات الاختراع والعلامات التجارية الأمريكي لبراءة الاختراع '341. في 23 أبريل 2008، منح القاضي الذي يرأس الدعويين القضائيتين في شيكاغو، إلينوي، الطلبات في تلك القضايا. ^[37] في 22 يوليو 2008، أصدر مكتب براءات الاختراع أول "إجراء مكتبي" لإعادة الفحص الثاني، ووجد أن المطالبة غير صالحة بناءً على تسعة عشر سببًا منفصلاً. ^[38] في 24 نوفمبر 2009، تم إصدار شهادة إعادة فحص لإلغاء جميع المطالبات.

بدءًا من عام 2011 واستمرت حتى أوائل عام 2013، بدأت كيان معروف باسم Princeton Digital Image Corporation، ^[39] ومقرها في شرق تكساس، في مقاضاة أعداد كبيرة من الشركات بسبب انتهاك مزعوم لبراءة الاختراع الأمريكية 4,813,056 . تدعي برينستون أن معيار ضغط صور JPEG ينتهك براءة الاختراع '056 وقد رفعت دعاوى قضائية ضد أعداد كبيرة من مواقع الويب وتجار التجزئة ومصنعي الكاميرات والأجهزة والموزعين. كانت براءة الاختراع مملوكة في الأصل ومُسندة لشركة جنرال إلكتريك. انتهت صلاحية براءة الاختراع في ديسمبر 2007، لكن برينستون رفعت دعاوى قضائية ضد أعداد كبيرة من الشركات بسبب "الانتهاك السابق" لهذه البراءة. (بموجب قوانين براءات الاختراع الأمريكية، يمكن لمالك براءة الاختراع رفع دعوى قضائية بسبب "الانتهاك السابق" لمدة تصل إلى ست سنوات قبل رفع دعوى قضائية، لذلك كان من الناحية النظرية يمكن لبرينستون الاستمرار في مقاضاة الشركات حتى ديسمبر 2013.) اعتبارًا من مارس 2013، كان لدى برينستون دعاوى معلقة في نيويورك وديلاوير ضد أكثر من 55 شركة. إن تورط شركة جنرال إلكتريك في الدعوى غير معروف، على الرغم من أن سجلات المحكمة تشير إلى أنها تنازلت عن براءة الاختراع إلى جامعة برينستون في عام 2009 وتحتفظ بحقوق معينة في براءة الاختراع. ^[40]

لا يستشهد هذا القسم بأي مصادر . يُرجى المساعدة في تحسين هذا القسم من خلال إضافة الاستشهادات إلى مصادر موثوقة . قد يتم الطعن في المواد غير الموثقة وإزالتها . ( سبتمبر 2023 ) ( تعرف على كيفية ومتى يمكنك إزالة هذه الرسالة )

تعمل خوارزمية ضغط JPEG بأفضل حالاتها على الصور واللوحات التي تصور مشاهد واقعية مع اختلافات سلسة في النغمة واللون. وبالنسبة لاستخدام الويب، حيث يعد تقليل كمية البيانات المستخدمة للصورة أمرًا مهمًا للعرض المتجاوب، فإن فوائد ضغط JPEG تجعل JPEG شائعًا. كما أن JPEG/ Exif هو التنسيق الأكثر شيوعًا الذي يتم حفظه بواسطة الكاميرات الرقمية.

ومع ذلك، لا يعد تنسيق JPEG مناسبًا للرسومات الخطية والرسومات النصية أو الرمزية الأخرى، حيث قد تتسبب التباينات الحادة بين وحدات البكسل المتجاورة في حدوث تشوهات ملحوظة. ومن الأفضل حفظ مثل هذه الصور بتنسيق رسومي بدون فقدان مثل TIFF أو GIF أو PNG أو تنسيق صورة خام . يتضمن معيار JPEG وضع ترميز بدون فقدان، ولكن هذا الوضع غير مدعوم في معظم المنتجات.

نظرًا لأن الاستخدام النموذجي لتنسيق JPEG هو طريقة ضغط ضائعة ، مما يقلل من دقة الصورة، فهو غير مناسب لإعادة إنتاج بيانات التصوير بدقة (مثل بعض تطبيقات التصوير العلمي والطبي وبعض أعمال معالجة الصور الفنية ).

كما أن تنسيق JPEG غير مناسب للملفات التي ستخضع لعمليات تحرير متعددة، حيث يتم فقدان بعض جودة الصورة في كل مرة يتم فيها إعادة ضغط الصورة، وخاصة إذا تم اقتصاص الصورة أو نقلها، أو إذا تم تغيير معلمات الترميز - راجع فقدان التوليد الرقمي للحصول على التفاصيل. لمنع فقدان معلومات الصورة أثناء التحرير المتسلسل والمتكرر، يمكن حفظ التحرير الأول بتنسيق بدون فقدان، ثم تحريره لاحقًا بهذا التنسيق، ثم نشره أخيرًا بتنسيق JPEG للتوزيع.

يستخدم تنسيق JPEG شكلًا من أشكال الضغط مع فقدان البيانات استنادًا إلى تحويل جيب التمام المنفصل (DCT) . تحول هذه العملية الرياضية كل إطار/حقل لمصدر الفيديو من المجال المكاني (ثنائي الأبعاد) إلى مجال التردد (المعروف أيضًا باسم مجال التحويل). يتجاهل النموذج الإدراكي المستند بشكل فضفاض على النظام النفسي البصري البشري المعلومات عالية التردد، أي التحولات الحادة في الكثافة وصبغة اللون. في مجال التحويل، تسمى عملية تقليل المعلومات بالتكميم. وبعبارات أبسط، فإن التكميم هو طريقة لتقليل مقياس عدد كبير (مع حدوثات مختلفة لكل رقم) إلى مقياس أصغر، ومجال التحويل هو تمثيل ملائم للصورة لأن معاملات التردد العالي، والتي تساهم بشكل أقل في الصورة الإجمالية من المعاملات الأخرى، هي قيم صغيرة بشكل مميز مع قابلية ضغط عالية. يتم بعد ذلك تسلسل المعاملات المكمّمة وتعبئتها بدون فقدان في تيار البتات الناتج. تسمح جميع تطبيقات JPEG البرمجية تقريبًا للمستخدم بالتحكم في نسبة الضغط (بالإضافة إلى معلمات اختيارية أخرى)، مما يسمح للمستخدم بالتنازل عن جودة الصورة مقابل حجم ملف أصغر. في التطبيقات المضمنة (مثل miniDV، الذي يستخدم مخطط ضغط DCT مشابهًا)، يتم تحديد المعلمات مسبقًا وتثبيتها للتطبيق.

عادةً ما تكون طريقة الضغط مصحوبة بفقدان البيانات ، مما يعني فقدان بعض معلومات الصورة الأصلية وعدم إمكانية استعادتها، مما قد يؤثر على جودة الصورة. يوجد وضع اختياري بدون فقد للبيانات محدد في معيار JPEG. ومع ذلك، لا يتم دعم هذا الوضع على نطاق واسع في المنتجات.

هناك أيضًا تنسيق JPEG التدريجي المتشابك ، حيث يتم ضغط البيانات في عدة تمريرات بتفاصيل أعلى تدريجيًا. وهذا مثالي للصور الكبيرة التي سيتم عرضها أثناء التنزيل عبر اتصال بطيء، مما يسمح بمعاينة معقولة بعد تلقي جزء فقط من البيانات. ومع ذلك، فإن دعم تنسيق JPEG التدريجي ليس عالميًا. عندما يتم تلقي تنسيق JPEG التدريجي بواسطة برامج لا تدعمها (مثل إصدارات Internet Explorer قبل Windows 7 ) ^[41] يعرض البرنامج الصورة فقط بعد تنزيلها بالكامل.

هناك أيضًا العديد من تطبيقات التصوير الطبي وحركة المرور والكاميرات التي تنشئ وتعالج صور JPEG ذات 12 بتًا بدرجات الرمادي والملونة. يتم تضمين تنسيق JPEG ذي 12 بتًا في جزء ممتد من مواصفات JPEG. يدعم برنامج ترميز libjpeg تنسيق JPEG ذي 12 بتًا وهناك أيضًا إصدار عالي الأداء. ^[42]

يمكن إجراء العديد من التعديلات على صورة JPEG دون فقدان (أي بدون إعادة الضغط وفقدان الجودة المرتبط بذلك) طالما أن حجم الصورة مضاعف لكتلة MCU واحدة (وحدة ترميز دنيا) (عادةً 16 بكسل في كلا الاتجاهين، لعينات فرعية من اللون 4:2:0 ). تتضمن الأدوات المساعدة التي تنفذ ذلك ما يلي:

• jpegtran وواجهته الرسومية، Jpegcrop.
• يستخدم IrfanView "JPG Lossless Crop (PlugIn)" و"JPG Lossless Rotation (PlugIn)"، الأمر الذي يتطلب تثبيت البرنامج المساعد JPG_TRANSFORM.
• عارض الصور FastStone يستخدم "قص الملف بدون فقدان" و"تدوير JPEG بدون فقدان".
• XnViewMP يستخدم "تحويلات JPEG بدون فقدان".
• يدعم برنامج ACDSee التدوير بدون فقدان (ولكن ليس الاقتصاص بدون فقدان) باستخدام خيار "فرض عمليات JPEG بدون فقدان".

يمكن تدوير الكتل بزيادات مقدارها 90 درجة، وقلبها في المحاور الأفقية والرأسية والقطرية، ونقلها في الصورة. لا يلزم استخدام كل الكتل من الصورة الأصلية في الصورة المعدلة.

يجب أن تقع الحافة العلوية واليسرى لصورة JPEG على حدود كتلة 8 × 8 بكسل (أو 16 × 16 بكسل لأحجام MCU الأكبر)، ولكن لا يلزم أن تكون الحافة السفلية واليمنى كذلك. وهذا يحد من عمليات القطع غير المفقودة المحتملة ، ويمنع الانعكاسات والدوران للصورة التي لا تقع حافتها السفلية أو اليمنى على حدود كتلة لجميع القنوات (لأن الحافة ستنتهي في الأعلى أو اليسار، حيث - كما ذكرنا سابقًا - تكون حدود الكتلة إلزامية).

إن الدورات التي لا تكون فيها الصورة مضاعفًا لـ 8 أو 16، والتي تعتمد قيمتها على أخذ العينات الفرعية للون، ليست خالية من الخسارة. يؤدي تدوير مثل هذه الصورة إلى إعادة حساب الكتل مما يؤدي إلى فقدان الجودة. ^[43]

عند استخدام الاقتصاص بدون فقدان، إذا لم يكن الجانب السفلي أو الأيمن من منطقة الاقتصاص على حدود الكتلة، فستظل بقية البيانات من الكتل المستخدمة جزئيًا موجودة في الملف المقصوص ويمكن استردادها. من الممكن أيضًا التحويل بين التنسيقات الأساسية والتقدمية دون أي فقدان للجودة، حيث أن الاختلاف الوحيد هو الترتيب الذي يتم به وضع المعاملات في الملف.

علاوة على ذلك، من الممكن ضم عدة صور JPEG دون فقدان أي بيانات، طالما تم حفظها بنفس الجودة وتتطابق الحواف مع حدود الكتلة.

تم تحديد تنسيق الملف المعروف باسم "تنسيق تبادل JPEG" (JIF) في الملحق ب من المعيار. ومع ذلك، نادرًا ما يتم استخدام تنسيق الملف "الخالص" هذا، وذلك في المقام الأول بسبب صعوبة برمجة أجهزة الترميز وفك التشفير التي تنفذ جميع جوانب المعيار بالكامل وبسبب بعض أوجه القصور في المعيار:

• تعريف مساحة اللون
• تسجيل العينة الفرعية للمكون
• تعريف نسبة العرض إلى الارتفاع للبكسل.

لقد تطورت عدة معايير إضافية لمعالجة هذه القضايا. أولها، الذي صدر في عام 1992، كان تنسيق تبادل ملفات JPEG (أو JFIF)، تلاه في السنوات الأخيرة تنسيق ملف الصور القابل للتبادل (Exif) وملفات تعريف الألوان ICC . يستخدم كلا التنسيقين تخطيط بايت JIF الفعلي، والذي يتكون من علامات مختلفة ، ولكن بالإضافة إلى ذلك، يستخدمان إحدى نقاط تمديد معيار JIF، وهي علامات التطبيق : يستخدم JFIF APP0، بينما يستخدم Exif APP1. داخل هذه الأجزاء من الملف التي تُركت للاستخدام المستقبلي في معيار JIF ولم تتم قراءتها بواسطة المعيار، تضيف هذه المعايير بيانات تعريفية محددة.

وبالتالي، فإن JFIF في بعض النواحي عبارة عن نسخة مختصرة من معيار JIF من حيث أنه يحدد قيودًا معينة (مثل عدم السماح بجميع أوضاع الترميز المختلفة)، بينما في نواحٍ أخرى، فهو امتداد لـ JIF بسبب البيانات الوصفية المضافة. تنص وثائق معيار JFIF الأصلي على ما يلي: ^[44]

تنسيق تبادل الملفات JPEG هو تنسيق ملف بسيط يتيح تبادل تدفقات بتات JPEG بين مجموعة كبيرة ومتنوعة من المنصات والتطبيقات. لا يتضمن هذا التنسيق البسيط أيًا من الميزات المتقدمة الموجودة في مواصفات TIFF JPEG أو أي تنسيق ملف خاص بالتطبيق. ولا ينبغي له ذلك، لأن الغرض الوحيد من هذا التنسيق المبسّط هو السماح بتبادل الصور المضغوطة بتنسيق JPEG.

تُسمى ملفات الصور التي تستخدم ضغط JPEG عادةً "ملفات JPEG"، وتُخزن في أشكال مختلفة من تنسيق الصور JIF. إن معظم أجهزة التقاط الصور (مثل الكاميرات الرقمية) التي تُخرج JPEG تُنشئ في الواقع ملفات بتنسيق Exif ، وهو التنسيق الذي اعتمدته صناعة الكاميرات لتبادل البيانات الوصفية. من ناحية أخرى، نظرًا لأن معيار Exif لا يسمح بملفات تعريف الألوان، فإن معظم برامج تحرير الصور تخزن JPEG بتنسيق JFIF ، وتتضمن مقطع APP1 من ملف Exif لتضمين البيانات الوصفية بطريقة متوافقة تقريبًا؛ يتم تفسير معيار JFIF بمرونة إلى حد ما. ^[45]

بالمعنى الدقيق للكلمة، فإن معايير JFIF وExif غير متوافقة، لأن كل منهما يحدد ظهور مقطع العلامة الخاص به (APP0 أو APP1، على التوالي) أولاً. في الممارسة العملية، تحتوي معظم ملفات JPEG على مقطع علامة JFIF يسبق رأس Exif. يسمح هذا للقراء الأقدم بالتعامل بشكل صحيح مع مقطع JFIF بتنسيق أقدم، بينما يقوم القراء الأحدث أيضًا بفك تشفير مقطع Exif التالي، ويكونون أقل صرامة بشأن مطالبة ظهوره أولاً.

أكثر ملحقات أسماء الملفات شيوعًا للملفات التي تستخدم ضغط JPEG هي .jpgو .jpeg، على الرغم من أن .jpeو .jfifتُستخدم .jifأيضًا. ^[46] من الممكن أيضًا تضمين بيانات JPEG في أنواع ملفات أخرى - غالبًا ما تتضمن الملفات المشفرة بتنسيق TIFF صورة JPEG كصورة مصغرة للصورة الرئيسية؛ ويمكن أن تحتوي ملفات MP3 على صورة غلاف بتنسيق JPEG في علامة ID3v2 .

تتضمن العديد من ملفات JPEG ملف تعريف ألوان ICC ( مساحة الألوان ). تتضمن ملفات تعريف الألوان المستخدمة بشكل شائع sRGB و Adobe RGB . نظرًا لأن مساحات الألوان هذه تستخدم تحويلًا غير خطي، فإن النطاق الديناميكي لملف JPEG ذي 8 بت يبلغ حوالي 11 توقفًا ؛ انظر منحنى جاما .

إذا لم تحدد الصورة معلومات ملف تعريف الألوان ( غير مميزة )، فمن المفترض أن مساحة اللون هي sRGB لأغراض العرض على صفحات الويب. ^{[47] [48]}

تتكون صورة JPEG من سلسلة من المقاطع ، يبدأ كل منها بعلامة ، يبدأ كل منها ببايت 0xFF، يتبعه بايت يشير إلى نوع العلامة. تتكون بعض العلامات من هذين البايتين فقط؛ يتبع البعض الآخر بايتين (عالي ثم منخفض)، يشيران إلى طول بيانات الحمولة الخاصة بالعلامة التي تتبعها. (يتضمن الطول البايتين للطول، ولكن ليس البايتين للعلامة.) تتبع بعض العلامات بيانات مشفرة بالإنتروبيا ؛ لا يتضمن طول هذه العلامة البيانات المشفرة بالإنتروبيا. لاحظ أنه يتم استخدام بايتات 0xFF المتتالية كبايتات تعبئة لأغراض الحشو ، على الرغم من أن حشو بايتات التعبئة هذه يجب أن يحدث فقط للعلامات التي تلي بيانات المسح المشفرة بالإنتروبيا مباشرةً (انظر قسم مواصفات JPEG B.1.1.2 وE.1.2 للحصول على التفاصيل؛ على وجه التحديد "في جميع الحالات التي يتم فيها إلحاق العلامات بعد البيانات المضغوطة، قد تسبق بايتات التعبئة الاختيارية 0xFF العلامة").

داخل البيانات المشفرة بالإنتروبيا، بعد أي بايت 0xFF، يقوم المشفر بإدخال بايت 0x00 قبل البايت التالي، بحيث لا يبدو أن هناك علامة حيث لا يُقصد وجودها، مما يمنع أخطاء التأطير. يجب على أجهزة فك التشفير تخطي بايت 0x00 هذا. يتم تطبيق هذه التقنية، المسماة حشو البايت (انظر قسم مواصفات JPEG F.1.2.3)، فقط على البيانات المشفرة بالإنتروبيا، وليس على بيانات الحمولة المميزة. لاحظ مع ذلك أن البيانات المشفرة بالإنتروبيا لها بعض العلامات الخاصة بها؛ على وجه التحديد علامات إعادة الضبط (0xD0 إلى 0xD7)، والتي تُستخدم لعزل أجزاء مستقلة من البيانات المشفرة بالإنتروبيا للسماح بالفك المتوازي، ويحق لأجهزة فك التشفير إدخال علامات إعادة الضبط هذه على فترات منتظمة (على الرغم من أن ليس كل أجهزة فك التشفير تفعل ذلك).

علامات JPEG الشائعة ^[49]

الاسم المختصر	بايتات	الحمولة	اسم	تعليقات
إس أو آي	0xFF، 0xD8	لا أحد	بداية الصورة
القوات المسلحة السودانية 0	0xFF، 0xC0	حجم متغير	بداية الإطار ( DCT الأساسي )	يشير إلى أن هذا هو JPEG الأساسي المستند إلى DCT، ويحدد العرض والارتفاع وعدد المكونات وعينات المكونات الفرعية (على سبيل المثال، 4:2:0).
القوات المسلحة الثانية	0xFF، 0xC2	حجم متغير	بداية الإطار (DCT التدريجي)	يشير إلى أن هذا هو JPEG التدريجي القائم على DCT، ويحدد العرض والارتفاع وعدد المكونات وعينات المكونات الفرعية (على سبيل المثال، 4:2:0).
ديهدروتستوستيرون	0xFF، 0xC4	حجم متغير	تعريف جدول هوفمان	يحدد جدول هوفمان واحد أو أكثر.
دي كيو تي	0xFF، 0xDB	حجم متغير	تعريف جدول الكميات	يحدد جدول كمية واحد أو أكثر.
دري	0xFF، 0xDD	4 بايت	تحديد فترة إعادة التشغيل	يحدد الفاصل الزمني بين علامات RST n ، بوحدات الحد الأدنى المشفرة (MCUs). يتبع هذه العلامة بايتان يشيران إلى الحجم الثابت حتى يمكن التعامل معها مثل أي جزء آخر ذي حجم متغير.
نداء استغاثة	0xFF، 0xDA	حجم متغير	بداية المسح	يبدأ مسح الصورة من أعلى إلى أسفل. في صور DCT JPEG الأساسية، يكون هناك مسح واحد بشكل عام. عادةً ما تحتوي صور DCT JPEG التدريجية على عمليات مسح متعددة. تحدد هذه العلامة شريحة البيانات التي ستحتوي عليها، ويتبعها على الفور بيانات مشفرة بالإنتروبيا.
ر.س.ت.ن​	0xFF، 0xD n ( n =0..7)	لا أحد	إعادة تشغيل	يتم إدخال كل r من وحدات الماكرو، حيث r هي فترة إعادة التشغيل التي تم تعيينها بواسطة علامة DRI. لا يتم استخدامها إذا لم يكن هناك علامة DRI. يتم تدوير البتات الثلاثة المنخفضة من رمز العلامة بقيمة من 0 إلى 7.
تطبيق ن	0xFF، 0xE ن	حجم متغير	خاص بالتطبيق	على سبيل المثال، يستخدم ملف Exif JPEG علامة APP1 لتخزين البيانات الوصفية، الموضوعة في بنية تعتمد بشكل وثيق على TIFF .
كوم	0xFF، 0xFE	حجم متغير	تعليق	يحتوي على تعليق نصي.
إعلان عن الاهتمام	0xFF، 0xD9	لا أحد	نهاية الصورة

توجد علامات أخرى لبداية الإطار تقدم أنواعًا أخرى من ترميزات JPEG.

نظرًا لأن العديد من البائعين قد يستخدمون نفس نوع علامة APP n ، فإن العلامات الخاصة بالتطبيق غالبًا ما تبدأ باسم معياري أو اسم بائع (على سبيل المثال، "Exif" أو "Adobe") أو بعض سلسلة التعريف الأخرى.

عند علامة إعادة التشغيل، يتم إعادة تعيين متغيرات التنبؤ من كتلة إلى كتلة، ويتم مزامنة تدفق البتات مع حدود البايت. توفر علامات إعادة التشغيل وسيلة للتعافي بعد خطأ تدفق البتات، مثل النقل عبر شبكة غير موثوقة أو تلف الملف. نظرًا لأنه يمكن فك تشفير عمليات تشغيل كتل الماكرو بين علامات إعادة التشغيل بشكل مستقل، فقد يتم فك تشفير هذه العمليات بالتوازي.

على الرغم من إمكانية ترميز ملف JPEG بطرق مختلفة، إلا أن الطريقة الأكثر شيوعًا هي استخدام ترميز JFIF. تتكون عملية الترميز من عدة خطوات:

1. يتم تحويل تمثيل الألوان في الصورة من RGB إلى Y′C _B C _R ، ويتكون من مكون واحد للإضاءة (Y')، يمثل السطوع، ومكونين للون (C _B و C _R )، يمثلان اللون. يتم تخطي هذه الخطوة في بعض الأحيان.
2. يتم تقليل دقة بيانات اللون، عادةً بعامل 2 أو 3. يعكس هذا حقيقة أن العين أقل حساسية لتفاصيل اللون الدقيقة من تفاصيل السطوع الدقيقة.
3. يتم تقسيم الصورة إلى كتل من 8×8 بكسل، ولكل كتلة، تخضع كل من بيانات Y وC _B وC _R للتحويل الجيب التمام المنفصل (DCT). يشبه التحويل الجيب التمام المنفصل تحويل فورييه بمعنى أنه ينتج نوعًا من طيف التردد المكاني.
4. يتم تحديد سعة مكونات التردد بشكل كمي . تكون الرؤية البشرية أكثر حساسية للتغيرات الصغيرة في اللون أو السطوع على مساحات كبيرة مقارنة بقوة تغيرات السطوع عالية التردد. لذلك، يتم تخزين أحجام المكونات عالية التردد بدقة أقل من المكونات منخفضة التردد. يؤثر إعداد جودة المشفر (على سبيل المثال 50 أو 95 على مقياس من 0 إلى 100 في مكتبة مجموعة Independent JPEG ^[50] ) على مدى انخفاض دقة كل مكون تردد. إذا تم استخدام إعداد جودة منخفض للغاية، يتم تجاهل المكونات عالية التردد تمامًا.
5. يتم ضغط البيانات الناتجة لجميع الكتل 8×8 بشكل أكبر باستخدام خوارزمية بدون فقدان، وهي أحد أشكال ترميز هوفمان .

تعكس عملية فك التشفير هذه الخطوات، باستثناء التكميم لأنه غير قابل للعكس. في بقية هذا القسم، يتم وصف عمليتي التشفير وفك التشفير بمزيد من التفصيل.

لا تُستخدم العديد من الخيارات في معيار JPEG بشكل شائع، وكما ذكرنا أعلاه، تستخدم معظم برامج الصور تنسيق JFIF الأكثر بساطة عند إنشاء ملف JPEG، والذي يحدد من بين أمور أخرى طريقة الترميز. فيما يلي وصف موجز لإحدى أكثر طرق الترميز شيوعًا عند تطبيقها على إدخال يحتوي على 24 بت لكل بكسل (ثمانية لكل من الأحمر والأخضر والأزرق ). هذا الخيار المعين هو طريقة ضغط بيانات ضائعة . يتم تمثيلها في المصفوفات أدناه.

أولاً، يجب تحويل الصورة من RGB (افتراضيًا sRGB، ^{[47] [48]} ولكن من الممكن استخدام مساحات ألوان أخرى ) إلى مساحة ألوان مختلفة تسمى Y′C _B C _R (أو بشكل غير رسمي، YCbCr). تحتوي على ثلاثة مكونات Y' و C _B و C _R : يمثل مكون Y' سطوع البكسل، ويمثل مكونا C _B و C _R اللون (مقسمًا إلى مكونات زرقاء وحمراء). هذه هي في الأساس نفس مساحة الألوان المستخدمة في التلفزيون الملون الرقمي بالإضافة إلى الفيديو الرقمي بما في ذلك أقراص الفيديو الرقمية . يسمح تحويل مساحة الألوان Y′C _B C _R بضغط أكبر دون تأثير كبير على جودة الصورة الإدراكية (أو جودة صورة إدراكية أكبر لنفس الضغط). يكون الضغط أكثر كفاءة لأن معلومات السطوع، والتي تعد أكثر أهمية للجودة الإدراكية النهائية للصورة، تقتصر على قناة واحدة. يتوافق هذا بشكل أوثق مع إدراك اللون في النظام البصري البشري. يعمل تحويل اللون أيضًا على تحسين الضغط عن طريق إزالة الارتباط الإحصائي .

تم تحديد تحويل معين إلى Y′C _B C _R في معيار JFIF، ويجب تنفيذه حتى يكون ملف JPEG الناتج متوافقًا إلى أقصى حد. ومع ذلك، لا تطبق بعض تطبيقات JPEG في وضع "الجودة الأعلى" هذه الخطوة وتحتفظ بدلاً من ذلك بمعلومات اللون في نموذج ألوان RGB، ^[51] حيث يتم تخزين الصورة في قنوات منفصلة لمكونات سطوع الأحمر والأخضر والأزرق. يؤدي هذا إلى ضغط أقل كفاءة، ومن غير المرجح أن يتم استخدامه عندما يكون حجم الملف مهمًا بشكل خاص.

وبسبب كثافة المستقبلات الحساسة للون والسطوع في عين الإنسان، يستطيع الإنسان أن يرى تفاصيل أدق بكثير في سطوع الصورة (مكون Y') مقارنة بلون الصورة وتشبعها (مكونا Cb وCr). وباستخدام هذه المعرفة، يمكن تصميم أجهزة ترميز لضغط الصور بكفاءة أكبر.

يتيح التحويل إلى نموذج الألوان Y′C _B C _R الخطوة المعتادة التالية، وهي تقليل الدقة المكانية لمكونات Cb وCr (يُطلق عليها " التخفيض التدريجي " أو " التخفيض التدريجي للون "). النسب التي يتم بها تخفيض التدريجي عادةً لصور JPEG هي 4:4:4 (بدون تخفيض تدريجي)، أو 4:2:2 (تخفيض بمقدار 2 في الاتجاه الأفقي)، أو (الأكثر شيوعًا) 4:2:0 (تخفيض بمقدار 2 في كل من الاتجاهين الأفقي والرأسي). بالنسبة لبقية عملية الضغط، تتم معالجة Y' وCb وCr بشكل منفصل وبطريقة مماثلة للغاية.

بعد أخذ العينات الفرعية ، يجب تقسيم كل قناة إلى كتل بحجم 8×8. واعتمادًا على أخذ العينات الفرعية للكروما، ينتج عن هذا كتل وحدة ترميز دنيا (MCU) بحجم 8×8 (4:4:4 – بدون أخذ عينات فرعية)، أو 16×8 (4:2:2)، أو الأكثر شيوعًا 16×16 (4:2:0). في ضغط الفيديو ، تسمى وحدات MCU كتل كبيرة .

إذا لم تمثل البيانات الخاصة بقناة عددًا صحيحًا من الكتل، فيجب على المشفر ملء المساحة المتبقية من الكتل غير المكتملة بنوع من البيانات الوهمية. يمكن أن يؤدي ملء الحواف بلون ثابت (على سبيل المثال، أسود) إلى إنشاء آثار رنينية على طول الجزء المرئي من الحدود؛ يعد تكرار بكسلات الحافة تقنية شائعة تقلل (ولكن لا تقضي بالضرورة) على مثل هذه الآثار، ويمكن أيضًا تطبيق تقنيات ملء حدود أكثر تطورًا.

بعد ذلك، يتم تحويل كل كتلة 8×8 من كل مكون (Y، Cb، Cr) إلى تمثيل مجال التردد ، باستخدام تحويل جيب التمام المنفصل ثنائي الأبعاد من النوع الثاني (DCT)، انظر الاستشهاد 1 في تحويل جيب التمام المنفصل. يُشار إلى DCT أحيانًا باسم "DCT من النوع الثاني" في سياق عائلة من التحويلات كما في تحويل جيب التمام المنفصل ، ويُشار إلى العكس المقابل (IDCT) باسم "DCT من النوع الثالث".

على سبيل المثال، قد تكون إحدى هذه الصور الفرعية 8×8 8 بت:

${\displaystyle \left[{\begin{array}{rrrrrrrr}52&55&61&66&70&61&64&73\\63&59&55&90&109&85&69&72\\62&59&68&113&144&104&66&73\\63&58&71&122&154&106&70&69\\67&61&68&104&126&88&68&70\\79&65&60&70&77&68&58&75\\85&71&64&59&55&61&65&83\\87&79&69&68&65&76&78&94\end{array}}\right].}$

قبل حساب DCT للكتلة 8×8، يتم تحويل قيمها من نطاق موجب إلى نطاق مركزه الصفر. بالنسبة للصورة ذات 8 بت، يقع كل إدخال في الكتلة الأصلية في النطاق . يتم طرح نقطة المنتصف للنطاق (في هذه الحالة، القيمة 128) من كل إدخال لإنتاج نطاق بيانات مركزه الصفر، بحيث يكون النطاق المعدل . تقلل هذه الخطوة من متطلبات النطاق الديناميكي في مرحلة معالجة DCT التي تلي ذلك. ${\displaystyle [0,255]}$${\displaystyle [-128,127]}$

تؤدي هذه الخطوة إلى القيم التالية:

${\displaystyle g={\begin{array}{c}x\\\longrightarrow \\\left[{\begin{array}{rrrrrrrr}-76&-73&-67&-62&-58&-67&-64&-55\\-65&-69&-73&-38&-19&-43&-59&-56\\-66&-69&-60&-15&16&-24&-62&-55\\-65&-70&-57&-6&26&-22&-58&-59\\-61&-67&-60&-24&-2&-40&-60&-58\\-49&-63&-68&-58&-51&-60&-70&-53\\-43&-57&-64&-69&-73&-67&-63&-45\\-41&-49&-59&-60&-63&-52&-50&-34\end{array}}\right]\end{array}}{\Bigg \downarrow }y.}$

الخطوة التالية هي أخذ DCT ثنائي الأبعاد، والذي يتم الحصول عليه بواسطة:

${\displaystyle \ G_{u,v}={\frac {1}{4}}\alpha (u)\alpha (v)\sum _{x=0}^{7}\sum _{y=0}^{7}g_{x,y}\cos \left[{\frac {(2x+1)u\pi }{16}}\right]\cos \left[{\frac {(2y+1)v\pi }{16}}\right]}$

أين

• ${\displaystyle \ u}$هو التردد المكاني الأفقي للأعداد الصحيحة .${\displaystyle \ 0\leq u<8}$
• ${\displaystyle \ v}$هو التردد المكاني الرأسي للأعداد الصحيحة .${\displaystyle \ 0\leq v<8}$
• ${\displaystyle \alpha (u)={\begin{cases}{\frac {1}{\sqrt {2}}},&{\mbox{if }}u=0\\1,&{\mbox{otherwise}}\end{cases}}}$هو عامل مقياس تطبيعي لجعل التحويل متعامدًا عموديًا
• ${\displaystyle \ g_{x,y}}$هي قيمة البكسل عند الإحداثيات${\displaystyle \ (x,y)}$
• ${\displaystyle \ G_{u,v}}$هو معامل DCT عند الإحداثيات${\displaystyle \ (u,v).}$

إذا أجرينا هذا التحويل على المصفوفة أعلاه، فسنحصل على ما يلي (مقربًا إلى أقرب رقمين بعد النقطة العشرية):

${\displaystyle G={\begin{array}{c}u\\\longrightarrow \\\left[{\begin{array}{rrrrrrrr}-415.38&-30.19&-61.20&27.24&56.12&-20.10&-2.39&0.46\\4.47&-21.86&-60.76&10.25&13.15&-7.09&-8.54&4.88\\-46.83&7.37&77.13&-24.56&-28.91&9.93&5.42&-5.65\\-48.53&12.07&34.10&-14.76&-10.24&6.30&1.83&1.95\\12.12&-6.55&-13.20&-3.95&-1.87&1.75&-2.79&3.14\\-7.73&2.91&2.38&-5.94&-2.38&0.94&4.30&1.85\\-1.03&0.18&0.42&-2.42&-0.88&-3.02&4.12&-0.66\\-0.17&0.14&-1.07&-4.19&-1.17&-0.10&0.50&1.68\end{array}}\right]\end{array}}{\Bigg \downarrow }v.}$

لاحظ مدخل الزاوية العلوية اليسرى بحجم كبير إلى حد ما. هذا هو معامل التيار المستمر (يُسمى أيضًا المكون الثابت)، والذي يحدد اللون الأساسي للكتلة بأكملها. المعاملات الـ 63 المتبقية هي معاملات التيار المتردد (تسمى أيضًا المكونات المتناوبة). ^[52] تتمثل ميزة DCT في ميلها إلى تجميع معظم الإشارة في زاوية واحدة من النتيجة، كما يمكن رؤيته أعلاه. تعمل خطوة التكميم التالية على إبراز هذا التأثير مع تقليل الحجم الإجمالي لمعاملات DCT في نفس الوقت، مما ينتج عنه إشارة يسهل ضغطها بكفاءة في مرحلة الإنتروبيا.

تزيد DCT بشكل مؤقت من عمق البتات في البيانات، حيث تستغرق معاملات DCT للصورة المكونة من 8 بتات/مكونات ما يصل إلى 11 بتًا أو أكثر (حسب دقة حساب DCT) للتخزين. وقد يجبر هذا برنامج الترميز على استخدام أرقام مكونة من 16 بتًا مؤقتًا للاحتفاظ بهذه المعاملات، مما يؤدي إلى مضاعفة حجم تمثيل الصورة في هذه المرحلة؛ وعادةً ما يتم تقليل هذه القيم مرة أخرى إلى قيم مكونة من 8 بتات بواسطة خطوة التكميم. لا تشكل الزيادة المؤقتة في الحجم في هذه المرحلة مشكلة تتعلق بالأداء بالنسبة لمعظم تطبيقات JPEG، حيث يتم عادةً تخزين جزء صغير جدًا فقط من الصورة في شكل DCT كامل في أي وقت معين أثناء عملية ترميز الصورة أو فك تشفيرها.

إن العين البشرية جيدة في رؤية الاختلافات الصغيرة في السطوع على مساحة كبيرة نسبيًا، ولكنها ليست جيدة جدًا في التمييز بين القوة الدقيقة لاختلاف السطوع عالي التردد. وهذا يسمح للمرء بتقليل كمية المعلومات بشكل كبير في مكونات التردد العالي. يتم ذلك ببساطة عن طريق تقسيم كل مكون في مجال التردد على ثابت لذلك المكون، ثم التقريب إلى أقرب عدد صحيح. عملية التقريب هذه هي العملية الوحيدة التي تفقد البيانات في العملية بأكملها (بخلاف أخذ العينات الفرعية للكروما) إذا تم إجراء حساب DCT بدقة عالية بما فيه الكفاية. ونتيجة لهذا، فمن المعتاد أن يتم تقريب العديد من مكونات التردد الأعلى إلى الصفر، ويصبح العديد من الباقي أرقامًا صغيرة موجبة أو سالبة، والتي يستغرق تمثيلها عددًا أقل بكثير من البتات.

تتحكم العناصر الموجودة في مصفوفة التكميم في نسبة الضغط، حيث تؤدي القيم الأكبر إلى زيادة الضغط. تكون مصفوفة التكميم النموذجية (لجودة 50% كما هو محدد في معيار JPEG الأصلي) على النحو التالي:

${\displaystyle Q={\begin{bmatrix}16&11&10&16&24&40&51&61\\12&12&14&19&26&58&60&55\\14&13&16&24&40&57&69&56\\14&17&22&29&51&87&80&62\\18&22&37&56&68&109&103&77\\24&35&55&64&81&104&113&92\\49&64&78&87&103&121&120&101\\72&92&95&98&112&100&103&99\end{bmatrix}}.}$

يتم حساب معاملات DCT الكمية باستخدام

${\displaystyle B_{j,k}=\mathrm {round} \left({\frac {G_{j,k}}{Q_{j,k}}}\right){\mbox{ for }}j=0,1,2,\ldots ,7;k=0,1,2,\ldots ,7}$

أين هي معاملات DCT غير المكممة؛ هي مصفوفة التكميم أعلاه؛ و هي معاملات DCT المكممة. ${\displaystyle G}$${\displaystyle Q}$${\displaystyle B}$

يؤدي استخدام مصفوفة التكميم هذه مع مصفوفة معامل DCT من الأعلى إلى:

${\displaystyle B=\left[{\begin{array}{rrrrrrrr}-26&-3&-6&2&2&-1&0&0\\0&-2&-4&1&1&0&0&0\\-3&1&5&-1&-1&0&0&0\\-3&1&2&-1&0&0&0&0\\1&0&0&0&0&0&0&0\\0&0&0&0&0&0&0&0\\0&0&0&0&0&0&0&0\\0&0&0&0&0&0&0&0\end{array}}\right].}$

على سبيل المثال، باستخدام −415 (معامل التيار المستمر) والتقريب إلى أقرب عدد صحيح

${\displaystyle \mathrm {round} \left({\frac {-415.37}{16}}\right)=\mathrm {round} \left(-25.96\right)=-26.}$

لاحظ أن معظم العناصر ذات التردد الأعلى في الكتلة الفرعية (أي تلك التي لها تردد مكاني x أو y أكبر من 4) يتم تحويلها إلى قيم صفرية.

ترميز الإنتروبيا هو شكل خاص من أشكال ضغط البيانات بدون فقدان . وهو يتضمن ترتيب مكونات الصورة في ترتيب " متعرج " باستخدام خوارزمية ترميز طول التشغيل (RLE) التي تجمع الترددات المتشابهة معًا، وإدراج أصفار ترميز الطول، ثم استخدام ترميز هوفمان على ما تبقى.

يسمح معيار JPEG أيضًا، ولكن لا يتطلب، أن تدعم أجهزة فك التشفير استخدام الترميز الحسابي ، والذي يتفوق رياضيًا على ترميز هوفمان. ومع ذلك، نادرًا ما يتم استخدام هذه الميزة، حيث كانت مغطاة تاريخيًا ببراءات الاختراع التي تتطلب تراخيص تحمل حقوق ملكية، ولأنها أبطأ في الترميز وفك التشفير مقارنة بترميز هوفمان. عادةً ما يجعل الترميز الحسابي الملفات أصغر بنحو 5-7% ^{[ بحاجة لمصدر ]} .

يتم استخدام معامل التيار المستمر الكمي السابق للتنبؤ بمعامل التيار المستمر الكمي الحالي. يتم ترميز الفرق بين الاثنين بدلاً من القيمة الفعلية. لا يستخدم ترميز معاملات التيار المتردد الكمي الـ 63 مثل هذا الاختلاف في التنبؤ.

يظهر أدناه التسلسل المتعرج للمعاملات الكمية المذكورة أعلاه. (التنسيق الموضح هو فقط لتسهيل الفهم/العرض.)

-26
-3	0
-3	-2	-6
2	-4	1	-3
1	1	5	1	2
-1	1	-1	2	0	0
0	0	0	-1	-1	0	0
0	0	0	0	0	0	0	0
0	0	0	0	0	0	0
0	0	0	0	0	0
0	0	0	0	0
0	0	0	0
0	0	0
0	0
0

إذا تم تمثيل الكتلة i بواسطة و تم تمثيل المواضع داخل كل كتلة بواسطة حيث و ، فيمكن تمثيل أي معامل في صورة DCT بواسطة . وبالتالي، في المخطط أعلاه، يكون ترتيب وحدات البكسل المشفرة (للكتلة i ) هو ، ، ، ، ، ، ، ، وهكذا. ${\displaystyle B_{i}}$${\displaystyle (p,q)}$${\displaystyle p=0,1,...,7}$${\displaystyle q=0,1,...,7}$${\displaystyle B_{i}(p,q)}$${\displaystyle B_{i}(0,0)}$${\displaystyle B_{i}(0,1)}$${\displaystyle B_{i}(1,0)}$${\displaystyle B_{i}(2,0)}$${\displaystyle B_{i}(1,1)}$${\displaystyle B_{i}(0,2)}$${\displaystyle B_{i}(0,3)}$${\displaystyle B_{i}(1,2)}$

يُطلق على وضع التشفير هذا اسم التشفير المتسلسل الأساسي . يدعم تنسيق JPEG الأساسي أيضًا التشفير التدريجي . بينما يشفر التشفير المتسلسل معاملات كتلة واحدة في كل مرة (بطريقة متعرجة)، يشفر التشفير التدريجي مجموعة متشابهة المواضع من معاملات جميع الكتل دفعة واحدة (تسمى المسح ) ، تليها المجموعة التالية من معاملات جميع الكتل، وهكذا. على سبيل المثال، إذا تم تقسيم الصورة إلى N 8 × 8 كتلة ، فإن التشفير التدريجي ثلاثي المسح يشفر مكون DC، لجميع الكتل، أي لجميع ، في المسح الأول. يتبع ذلك المسح الثاني الذي يشفر عددًا قليلاً من المكونات الأخرى (بافتراض وجود أربعة مكونات أخرى، فهي ، لا تزال بطريقة متعرجة) معاملات جميع الكتل (لذا فإن التسلسل هو: )، تليها جميع المعاملات المتبقية لجميع الكتل في المسح الأخير. ${\displaystyle B_{0},B_{1},B_{2},...,B_{n-1}}$${\displaystyle B_{i}(0,0)}$${\displaystyle i=0,1,2,...,N-1}$${\displaystyle B_{i}(0,1)}$${\displaystyle B_{i}(1,1)}$${\displaystyle B_{0}(0,1),B_{0}(1,0),B_{0}(2,0),B_{0}(1,1),B_{1}(0,1),B_{1}(1,0),...,B_{N}(2,0),B_{N}(1,1)}$

بمجرد ترميز جميع المعاملات المتشابهة الموضع، يكون الموضع التالي المراد ترميزه هو الموضع الذي يحدث بعد ذلك في المسار المتعرج كما هو موضح في الشكل أعلاه. وقد وجد أن ترميز JPEG التدريجي الأساسي عادة ما يعطي ضغطًا أفضل مقارنة بـ JPEG المتسلسل الأساسي بسبب القدرة على استخدام جداول هوفمان مختلفة (انظر أدناه) مصممة لترددات مختلفة في كل "مسح" أو "تمرير" (يتضمن معاملات متشابهة الموضع)، على الرغم من أن الاختلاف ليس كبيرًا جدًا.

وفي بقية المقالة، يُفترض أن نمط المعامل الناتج يرجع إلى الوضع المتسلسل.

من أجل ترميز نمط المعامل الناتج أعلاه، يستخدم JPEG ترميز هوفمان. يوفر معيار JPEG جداول هوفمان للأغراض العامة؛ كما يمكن للمبرمجين اختيار إنشاء جداول هوفمان محسّنة لتوزيعات التردد الفعلية في الصور التي يتم ترميزها.

تبدأ عملية ترميز البيانات الكمية المتعرجة بترميز طول التشغيل الموضح أدناه، حيث:

• x هو معامل التيار المتردد غير الصفري والمكمم.
• RUNLENGTH هو عدد الأصفار التي جاءت قبل معامل AC غير الصفري هذا.
• الحجم هو عدد البتات المطلوبة لتمثيل x .
• AMPLITUDE هو التمثيل البت لـ x .

تعمل عملية ترميز طول التشغيل عن طريق فحص كل معامل AC غير صفري x وتحديد عدد الأصفار التي جاءت قبل معامل AC السابق. باستخدام هذه المعلومات، يتم إنشاء رمزين:

الرمز 1	الرمز 2
(طول الجري، الحجم)	(السعة)

يعتمد كل من RUNLENGTH و SIZE على نفس البايت، مما يعني أن كل منهما يحتوي على أربعة بتات فقط من المعلومات. وتتعامل البتات الأعلى مع عدد الأصفار، بينما تشير البتات الأدنى إلى عدد البتات اللازمة لتشفير قيمة x .

وهذا له مضمون مباشر يتمثل في أن الرمز 1 قادر فقط على تخزين المعلومات المتعلقة بأول 15 صفرًا تسبق معامل التيار المتردد غير الصفري. ومع ذلك، يحدد JPEG كلمتي رمز هوفمان خاصتين. إحداهما لإنهاء التسلسل قبل الأوان عندما تكون المعاملات المتبقية صفرًا (تسمى "نهاية الكتلة" أو "EOB")، والأخرى عندما يتجاوز عدد الأصفار 15 قبل الوصول إلى معامل التيار المتردد غير الصفري. في مثل هذه الحالة حيث يتم مواجهة 16 صفرًا قبل معامل التيار المتردد غير الصفري المعطى، يتم ترميز الرمز 1 "بشكل خاص" على النحو التالي: (15، 0)(0).

تستمر العملية الإجمالية حتى الوصول إلى "EOB" - المشار إليه بـ (0، 0).

مع وضع هذا في الاعتبار، يصبح التسلسل السابق:

(0, 2)(-3);(1, 2)(-3);(0, 2)(-2);(0, 3)(-6);(0, 2)(2);( 0, 3)(-4);(0, 1)(1);(0, 2)(-3);(0, 1)(1);(0, 1)(1);

(0, 3)(5);(0, 1)(1);(0, 2)(2);(0, 1)(-1);(0, 1)(1);(0, 1 )(-1);(0, 2)(2);(5, 1)(-1);(0, 1)(-1);(0, 0);

(القيمة الأولى في المصفوفة، −26، هي معامل التيار المستمر؛ ولا يتم ترميزها بنفس الطريقة. انظر أعلاه.)

من هنا، يتم إجراء حسابات التردد بناءً على تكرارات المعاملات. في كتلة المثال الخاصة بنا، تكون معظم المعاملات الكمية أرقامًا صغيرة لا تسبقها مباشرةً معامل صفري. سيتم تمثيل هذه الحالات الأكثر تكرارًا بكلمات رمزية أقصر.

يمكن تغيير نسبة الضغط الناتجة وفقًا للحاجة من خلال زيادة أو تقليل قوة القواسم المستخدمة في مرحلة التكميم. عادةً ما ينتج عن الضغط بنسبة عشرة إلى واحد صورة لا يمكن تمييزها بالعين عن الصورة الأصلية. عادةً ما يكون من الممكن استخدام نسبة ضغط 100:1، ولكنها ستبدو مصطنعة بشكل واضح مقارنة بالأصل. يعتمد مستوى الضغط المناسب على الاستخدام الذي ستُوضع فيه الصورة.

الصورة الخارجية
توضيح لانشغال الحافة [53]

قد يكون أولئك الذين يستخدمون شبكة الويب العالمية على دراية بالمخالفات المعروفة باسم آثار الضغط التي تظهر في صور JPEG، والتي قد تأخذ شكل ضوضاء حول الحواف المتناقضة (خاصة المنحنيات والزوايا)، أو الصور "المتكتلة". ويرجع ذلك إلى خطوة التكميم في خوارزمية JPEG. وهي ملحوظة بشكل خاص حول الزوايا الحادة بين الألوان المتناقضة (النص هو مثال جيد، لأنه يحتوي على العديد من هذه الزوايا). يشار إلى الآثار التناظرية في فيديو MPEG باسم ضوضاء البعوض ، حيث أن "انشغال الحافة" الناتج والنقاط الزائفة، والتي تتغير بمرور الوقت، تشبه البعوض الذي يتجمع حول الكائن. ^{[53] [54]}

يمكن تقليل هذه الآثار عن طريق اختيار مستوى ضغط أقل ؛ ويمكن تجنبها تمامًا عن طريق حفظ صورة باستخدام تنسيق ملف بدون فقدان، على الرغم من أن هذا سيؤدي إلى حجم ملف أكبر. تحتوي الصور التي تم إنشاؤها باستخدام برامج تتبع الأشعة على أشكال متكتلة ملحوظة على التضاريس. قد تكون بعض آثار الضغط منخفضة الكثافة مقبولة عند مجرد عرض الصور، ولكن يمكن التأكيد عليها إذا تمت معالجة الصورة لاحقًا، مما يؤدي عادةً إلى جودة غير مقبولة. فكر في المثال أدناه، الذي يوضح تأثير الضغط مع فقدان البيانات على خطوة معالجة اكتشاف الحافة .

صورة	ضغط بدون فقدان	ضغط فقدان البيانات
إبداعي
تمت معالجته بواسطة كاشف الحافة Canny

تسمح بعض البرامج للمستخدم بتغيير مقدار ضغط الكتل الفردية. يتم تطبيق ضغط أقوى على مناطق الصورة التي تظهر بها تشوهات أقل. بهذه الطريقة، من الممكن تقليل حجم ملف JPEG يدويًا مع فقدان أقل للجودة.

نظرًا لأن مرحلة التكميم تؤدي دائمًا إلى فقدان المعلومات، فإن معيار JPEG هو دائمًا ترميز ضغط ضائع. (تضيع المعلومات في كل من التكميم وتقريب الأرقام ذات الفاصلة العائمة). حتى إذا كانت مصفوفة التكميم عبارة عن مصفوفة من الآحاد ، فستظل المعلومات مفقودة في خطوة التقريب.

يتكون فك التشفير لعرض الصورة من القيام بكل ما سبق بالعكس.

أخذ مصفوفة معامل DCT (بعد إضافة الفرق في معامل DC مرة أخرى)

${\displaystyle \left[{\begin{array}{rrrrrrrr}-26&-3&-6&2&2&-1&0&0\\0&-2&-4&1&1&0&0&0\\-3&1&5&-1&-1&0&0&0\\-3&1&2&-1&0&0&0&0\\1&0&0&0&0&0&0&0\\0&0&0&0&0&0&0&0\\0&0&0&0&0&0&0&0\\0&0&0&0&0&0&0&0\end{array}}\right]}$

وأخذ حاصل الإدخال بالإدخال مع مصفوفة التكميم من الأعلى يؤدي إلى

${\displaystyle \left[{\begin{array}{rrrrrrrr}-416&-33&-60&32&48&-40&0&0\\0&-24&-56&19&26&0&0&0\\-42&13&80&-24&-40&0&0&0\\-42&17&44&-29&0&0&0&0\\18&0&0&0&0&0&0&0\\0&0&0&0&0&0&0&0\\0&0&0&0&0&0&0&0\\0&0&0&0&0&0&0&0\end{array}}\right]}$

والتي تشبه إلى حد كبير مصفوفة معاملات DCT الأصلية للجزء العلوي الأيسر.

الخطوة التالية هي أخذ DCT العكسي ثنائي الأبعاد (DCT من النوع الثالث ثنائي الأبعاد)، والذي يتم إعطاؤه بواسطة:

${\displaystyle f_{x,y}={\frac {1}{4}}\sum _{u=0}^{7}\sum _{v=0}^{7}\alpha (u)\alpha (v)F_{u,v}\cos \left[{\frac {(2x+1)u\pi }{16}}\right]\cos \left[{\frac {(2y+1)v\pi }{16}}\right]}$

أين

• ${\displaystyle \ x}$هو صف البكسل للأعداد الصحيحة .${\displaystyle \ 0\leq x<8}$
• ${\displaystyle \ y}$هو عمود البكسل للأعداد الصحيحة .${\displaystyle \ 0\leq y<8}$
• ${\displaystyle \ \alpha (u)}$هو عامل المقياس الطبيعي الذي تم تعريفه سابقًا، للأعداد الصحيحة .${\displaystyle \ 0\leq u<8}$
• ${\displaystyle \ F_{u,v}}$هو معامل DCT التقريبي عند الإحداثيات${\displaystyle \ (u,v).}$
• ${\displaystyle \ f_{x,y}}$هي قيمة البكسل المعاد بناؤها عند الإحداثيات${\displaystyle \ (x,y)}$

يؤدي تقريب الناتج إلى قيم عددية صحيحة (نظرًا لأن الأصل كان يحتوي على قيم عددية صحيحة) إلى الحصول على صورة تحتوي على قيم (لا تزال محولة للأسفل بمقدار 128)

${\displaystyle \left[{\begin{array}{rrrrrrrr}-66&-63&-71&-68&-56&-65&-68&-46\\-71&-73&-72&-46&-20&-41&-66&-57\\-70&-78&-68&-17&20&-14&-61&-63\\-63&-73&-62&-8&27&-14&-60&-58\\-58&-65&-61&-27&-6&-40&-68&-50\\-57&-57&-64&-58&-48&-66&-72&-47\\-53&-46&-61&-74&-65&-63&-62&-45\\-47&-34&-53&-74&-60&-47&-47&-41\end{array}}\right]}$

وإضافة 128 لكل إدخال

${\displaystyle \left[{\begin{array}{rrrrrrrr}62&65&57&60&72&63&60&82\\57&55&56&82&108&87&62&71\\58&50&60&111&148&114&67&65\\65&55&66&120&155&114&68&70\\70&63&67&101&122&88&60&78\\71&71&64&70&80&62&56&81\\75&82&67&54&63&65&66&83\\81&94&75&54&68&81&81&87\end{array}}\right].}$

هذه هي الصورة الفرعية التي تم فك ضغطها. بشكل عام، قد تنتج عملية فك الضغط قيمًا خارج نطاق الإدخال الأصلي لـ . إذا حدث هذا، يحتاج فك التشفير إلى قص قيم الإخراج بحيث تبقى ضمن هذا النطاق لمنع التجاوز عند تخزين الصورة التي تم فك ضغطها بعمق البت الأصلي. ${\displaystyle [0,255]}$

يمكن مقارنة الصورة الفرعية غير المضغوطة بالصورة الفرعية الأصلية (انظر أيضًا الصور الموجودة على اليمين) من خلال أخذ نتائج الفرق (الأصلية - غير المضغوطة) في قيم الخطأ التالية:

${\displaystyle \left[{\begin{array}{rrrrrrrr}-10&-10&4&6&-2&-2&4&-9\\6&4&-1&8&1&-2&7&1\\4&9&8&2&-4&-10&-1&8\\-2&3&5&2&-1&-8&2&-1\\-3&-2&1&3&4&0&8&-8\\8&-6&-4&-0&-3&6&2&-6\\10&-11&-3&5&-8&-4&-1&-0\\6&-15&-6&14&-3&-5&-3&7\end{array}}\right]}$

مع خطأ مطلق متوسط ​​يبلغ حوالي 5 قيم لكل بكسل (أي، ). ${\displaystyle {\frac {1}{64}}\sum _{x=0}^{7}\sum _{y=0}^{7}|e(x,y)|=4.8750}$

يظهر الخطأ بشكل واضح في الزاوية اليسرى السفلية حيث تصبح البكسل السفلية اليسرى أغمق من البكسل الموجود على يمينها مباشرة.

يتم تعريف دقة التنفيذ المطلوبة لبرنامج ترميز JPEG ضمنيًا من خلال المتطلبات التي تم صياغتها للامتثال لمعيار JPEG. تم تحديد هذه المتطلبات في توصية ITU.T T.83 | ISO/IEC 10918-2. على عكس معايير MPEG والعديد من معايير JPEG اللاحقة، تحدد الوثيقة أعلاه كل من دقة التنفيذ المطلوبة لعملية الترميز وفك التشفير لبرنامج ترميز JPEG من خلال أقصى خطأ يمكن تحمله في DCT الأمامي والعكس في مجال DCT كما هو محدد بواسطة تدفقات اختبار مرجعية. على سبيل المثال، يجب ألا يتجاوز خرج تنفيذ فك التشفير خطأ وحدة كمية واحدة في مجال DCT عند تطبيقه على تدفقات ترميز الاختبار المرجعية المقدمة كجزء من المعيار أعلاه. على الرغم من أنه أمر غير معتاد، وخلافًا للعديد من المعايير الأخرى الأكثر حداثة، فإن ITU.T T.83 | ISO/IEC 10918-2 لا يصوغ حدود الخطأ في مجال الصورة.

تمتزج آثار ضغط JPEG بشكل جيد في الصور ذات القوام غير المتجانسة المفصلة، ​​مما يسمح بنسب ضغط أعلى. لاحظ كيف تؤثر نسبة الضغط الأعلى أولاً على القوام عالية التردد في الزاوية العلوية اليسرى من الصورة، وكيف تصبح الخطوط المتباينة أكثر ضبابية. تؤثر نسبة الضغط العالية جدًا بشكل كبير على جودة الصورة، على الرغم من أن الألوان الإجمالية وشكل الصورة لا يزالان قابلين للتعرف. ومع ذلك، فإن دقة الألوان تعاني أقل (بالنسبة للعين البشرية) من دقة الخطوط (بناءً على السطوع). وهذا يبرر حقيقة أنه يجب تحويل الصور أولاً في نموذج ألوان يفصل السطوع عن المعلومات اللونية، قبل أخذ عينات فرعية من المستويات اللونية (والتي قد تستخدم أيضًا كمية أقل جودة) من أجل الحفاظ على دقة مستوى السطوع مع المزيد من بتات المعلومات.

للحصول على معلومات، تتطلب صورة خريطة بتات RGB غير مضغوطة 24 بت أدناه (73242 بكسل) 219726 بايت (باستثناء جميع رؤوس المعلومات الأخرى). تتضمن أحجام الملفات الموضحة أدناه رؤوس معلومات JPEG الداخلية وبعض البيانات الوصفية . للحصول على صور ذات جودة عالية (Q=100)، يلزم حوالي 8.25 بت لكل بكسل ملون. في الصور ذات التدرج الرمادي، يكفي 6.5 بت على الأقل لكل بكسل (تتطلب معلومات الألوان ذات الجودة Q=100 القابلة للمقارنة حوالي 25% بتات مشفرة أكثر). يتم تشفير الصورة ذات الجودة العالية أدناه (Q=100) بتات لكل بكسل ملون، وتستخدم الصورة ذات الجودة المتوسطة (Q=25) بتًا واحدًا لكل بكسل ملون. بالنسبة لمعظم التطبيقات، يجب ألا يقل عامل الجودة عن 0.75 بت لكل بكسل (Q=12.5)، كما هو موضح في الصورة ذات الجودة المنخفضة. تستخدم الصورة ذات الجودة الأدنى 0.13 بت فقط لكل بكسل، وتعرض ألوانًا رديئة للغاية. يُعد هذا مفيدًا عندما يتم عرض الصورة بحجم مصغر بشكل كبير. تم وصف طريقة لإنشاء مصفوفات كمية أفضل لجودة صورة معينة باستخدام PSNR بدلاً من عامل Q في Minguillón & Pujol (2001). ^[55]

ملاحظة: الصور أعلاه ليست صور اختبار IEEE / CCIR / EBU  ، وإعدادات المشفر غير محددة أو متوفرة.

صورة	جودة	الحجم (بايت)	نسبة الضغط	تعليق
	أعلى جودة (س = 100)	81,447	2.7:1	قطع أثرية صغيرة للغاية
	جودة عالية (س = 50)	14,679	15:1	العلامات الأولية للآثار الجانبية للصورة
	جودة متوسطة (س = 25)	9,407	23:1	آثار أقوى؛ فقدان المعلومات عالية التردد
	جودة منخفضة (س = 10)	4,787	46:1	يؤدي فقدان التردد العالي الشديد إلى ظهور آثار واضحة على حدود الصورة الفرعية ("التكتل الكبير")
	أقل جودة (س = 1)	1,523	144:1	فقدان شديد للون والتفاصيل؛ والأوراق أصبحت غير قابلة للتعرف عليها تقريبًا.

تستخدم الصورة متوسطة الجودة 4.3% فقط من مساحة التخزين المطلوبة للصورة غير المضغوطة، ولكنها لا تفقد الكثير من التفاصيل أو التحف المرئية. ومع ذلك، بمجرد تجاوز حد معين من الضغط، تظهر الصور المضغوطة عيوبًا مرئية بشكل متزايد. راجع المقال حول نظرية معدل التشويه للحصول على تفسير رياضي لتأثير الحد هذا. أحد القيود الخاصة بتنسيق JPEG في هذا الصدد هو هيكل التحويل الكتلي غير المتداخل 8 × 8. تُظهر التصميمات الأكثر حداثة مثل JPEG 2000 و JPEG XR تدهورًا أكثر رشاقة في الجودة مع انخفاض استخدام البت - باستخدام التحويلات ذات المدى المكاني الأكبر لمعاملات التردد المنخفض واستخدام وظائف أساس التحويل المتداخلة.

من عام 2004 إلى عام 2008، ظهرت أبحاث جديدة حول طرق ضغط البيانات الموجودة في صور JPEG بشكل أكبر دون تعديل الصورة الممثلة. ^{[56] [57] [58] [59]} وهذا له تطبيقات في السيناريوهات حيث تكون الصورة الأصلية متاحة فقط بتنسيق JPEG، ويجب تقليل حجمها للأرشفة أو النقل. لا تستطيع أدوات الضغط العامة القياسية ضغط ملفات JPEG بشكل كبير.

عادةً ما تستفيد مثل هذه المخططات من التحسينات التي تطرأ على المخطط الساذج لترميز معاملات DCT، والذي يفشل في أخذ ما يلي في الاعتبار:

• الارتباطات بين أحجام المعاملات المتجاورة في نفس الكتلة؛
• الارتباطات بين أحجام نفس المعامل في الكتل المتجاورة؛
• الارتباطات بين أحجام نفس المعامل/الكتلة في قنوات مختلفة؛
• تشبه معاملات التيار المستمر عند أخذها معًا نسخة مصغرة من الصورة الأصلية مضروبة في عامل مقياس. يمكن تطبيق مخططات معروفة للترميز بدون فقدان للصور ذات النغمة المستمرة، مما يحقق ضغطًا أفضل إلى حد ما من ترميز DPCM باستخدام Huffman المستخدم في JPEG.

توجد بالفعل بعض الخيارات القياسية ولكن نادرًا ما تُستخدم في JPEG لتحسين كفاءة ترميز معاملات DCT: خيار الترميز الحسابي، وخيار الترميز التدريجي (الذي ينتج معدلات بت أقل لأن قيم كل معامل يتم ترميزها بشكل مستقل، ولكل معامل توزيع مختلف بشكل كبير). لقد حسنت الأساليب الحديثة هذه التقنيات من خلال إعادة ترتيب المعاملات لتجميع المعاملات ذات القيمة الأكبر معًا؛ ^[56] باستخدام المعاملات والكتل المجاورة للتنبؤ بقيم معاملات جديدة؛ ^[58] تقسيم الكتل أو المعاملات بين عدد صغير من النماذج المشفرة بشكل مستقل بناءً على إحصاءاتها والقيم المجاورة؛ ^{[57] [58]} ومؤخرًا، عن طريق فك تشفير الكتل، والتنبؤ بالكتل اللاحقة في المجال المكاني، ثم ترميزها لتوليد تنبؤات لمعاملات DCT. ^[59]

بشكل عام، يمكن لهذه الطرق ضغط ملفات JPEG الموجودة بنسبة تتراوح بين 15 و25 بالمائة، وبالنسبة لملفات JPEG المضغوطة بإعدادات منخفضة الجودة، يمكن أن تنتج تحسينات تصل إلى 65%. ^{[58] [59]}

تعتمد أداة متاحة مجانًا تسمى packJPG على ورقة بحثية صدرت عام 2007 بعنوان "تحسين تقليل التكرار لملفات JPEG". اعتبارًا من الإصدار 2.5k لعام 2016، تشير إلى انخفاض نموذجي بنسبة 20% عن طريق الترميز. ^[60] تشير JPEG XL (ISO/IEC 18181) لعام 2018 إلى انخفاض مماثل في الترميز.

JPS هي صورة JPEG مجسمة تستخدم لإنشاء تأثيرات ثلاثية الأبعاد من صور ثنائية الأبعاد. تحتوي على صورتين ثابتتين، واحدة للعين اليسرى وواحدة للعين اليمنى؛ مشفرة كصورتين متجاورتين في ملف JPG واحد. JPEG Stereoscopic (JPS، امتداد .jps) هو تنسيق قائم على JPEG للصور المجسمة . ^{[61] [62]} يحتوي على مجموعة من التكوينات المخزنة في حقل علامة JPEG APP3، ولكنه يحتوي عادةً على صورة واحدة بعرض مزدوج، تمثل صورتين بنفس الحجم في ترتيب متجاور (أي الإطار الأيسر في النصف الأيمن من الصورة والعكس صحيح). يمكن عرض تنسيق الملف هذا كملف JPEG بدون أي برنامج خاص، أو يمكن معالجته للرسم في أوضاع أخرى.

صور متعددة بصيغة JPEG

امتداد اسم الملف	.مبو
معرف النوع الموحد (UTI)	صورة عامة.mpo [63]

تنسيق الصور المتعددة JPEG (MPO، الامتداد .mpo) هو تنسيق قائم على JPEG لتخزين صور متعددة في ملف واحد. ويحتوي على ملفين أو أكثر من ملفات JPEG متصلة ببعضها البعض. ^{[64] [65]} كما أنه يحدد مقطع علامة JPEG APP2 لوصف الصورة. تستخدمه أجهزة مختلفة لتخزين الصور ثلاثية الأبعاد، مثل Fujifilm FinePix Real 3D W1 و HTC Evo 3D وكاميرا الفيديو JVC GY-HMZ1U AVCHD/MVC و Nintendo 3DS و Panasonic Lumix DMC-TZ20 و DMC-TZ30 و DMC-TZ60 وDMC-TS4 (FT4) و Sony DSC-HX7V. تستخدمه أجهزة أخرى لتخزين "صور المعاينة" التي يمكن عرضها على التلفزيون.

في السنوات القليلة الماضية، وبسبب الاستخدام المتزايد للصور المجسمة، بذل المجتمع العلمي الكثير من الجهود لتطوير خوارزميات لضغط الصور المجسمة. ^{[66] [67]}

إن أحد أهم التطبيقات لبرنامج ترميز JPEG هو مكتبة البرمجة المجانية libjpeg من مجموعة Independent JPEG Group. وقد نُشرت لأول مرة في عام 1991 وكانت مفتاحًا لنجاح المعيار. وقد استُخدمت هذه المكتبة في عدد لا يحصى من التطبيقات. ^[68] وتوقف التطوير في عام 1998؛ وعندما عادت libjpeg إلى الظهور مع الإصدار 7 لعام 2009، فقد كسرت توافق واجهة ABI مع الإصدارات السابقة. وقد قدمت النسخة 8 لعام 2010 ملحقات غير قياسية، وهو القرار الذي انتقده توم لين، زعيم مجموعة Independent JPEG الأصلي. ^[69]

libjpeg-turbo ، المتفرعة من libjpeg 6b لعام 1998، تعمل على تحسين libjpeg مع تحسينات SIMD . في الأصل، كان يُنظر إليه على أنه شوكة مُحافظ عليها من libjpeg، وقد أصبح أكثر شهرة بعد التغييرات غير المتوافقة لعام 2009. ^{[70] [71]} في عام 2019، أصبح تنفيذًا مرجعيًا لـ ITU|ISO/IEC مثل ISO/IEC 10918-7 وITU-T T.873. ^[72]

تحافظ مجموعة خبراء التصوير الفوتوغرافي المشتركة التابعة لمنظمة ISO/IEC على تنفيذ البرنامج المرجعي الآخر تحت عنوان JPEG XT . ويمكنه ترميز كل من امتدادات JPEG الأساسية (ISO/IEC 10918-1 و18477–1) و JPEG XT (ISO/IEC 18477 الجزء 2 والجزء 6–9)، بالإضافة إلى JPEG-LS (ISO/IEC 14495). ^[73] في عام 2016، تم تقديم "JPEG على المنشطات" كخيار لتنفيذ ISO JPEG XT المرجعي. ^[74]

هناك اهتمام مستمر بترميز JPEG بطرق غير تقليدية تعمل على تعظيم جودة الصورة لحجم ملف معين. في عام 2014، أنشأت شركة Mozilla برنامج MozJPEG من libjpeg-turbo، وهو برنامج ترميز أبطأ ولكنه أعلى جودة مخصص لصور الويب. ^[75] في مارس 2017، أصدرت شركة Google مشروع Guetzli مفتوح المصدر ، والذي يتاجر بوقت ترميز أطول بكثير مقابل حجم ملف أصغر (على غرار ما يفعله Zopfli لتنسيق PNG وتنسيقات البيانات الأخرى الخالية من الفقد). ^[76]

في أبريل 2024، قدمت Google مكتبة Jpegli ، وهي مكتبة ترميز JPEG جديدة توفر إمكانيات محسّنة وتحسينًا في نسبة الضغط بنسبة 35% عند إعدادات ضغط عالية الجودة، في حين أن سرعة الترميز قابلة للمقارنة مع MozJPEG. ^[77]

لقد قامت مجموعة الخبراء الفوتوغرافيين المشتركة بتطوير العديد من المعايير الأحدث التي تهدف إلى استكمال أو استبدال وظيفة تنسيق JPEG الأصلي.

نشأ تنسيق JPEG LS في عام 1993 ونُشر تحت مسمى ISO-14495-1/ITU-T.87، وهو يوفر تنسيق ملفات منخفض التعقيد بدون فقدان للبيانات، وهو أكثر كفاءة من تنسيق JPEG الأصلي بدون فقدان للبيانات. كما يتميز أيضًا بوضع فقدان للبيانات قريب من وضع عدم فقدان البيانات. تقتصر وظائفه إلى حد كبير على ذلك، ويشترك إلى حد كبير في نفس القيود التي يفرضها تنسيق JPEG الأصلي في جوانب أخرى.

تم نشر JPEG 2000 كمعيار ISO/IEC 15444 في ديسمبر 2000. وهو يعتمد على تحويل الموجات المنفصلة (DWT) وصُمم ليحل محل معيار JPEG الأصلي تمامًا ويتفوق عليه في كل شيء. فهو يسمح بما يصل إلى 38 بت لكل قناة لون و16384 قناة، أكثر من أي تنسيق آخر، مع العديد من مساحات الألوان، وبالتالي النطاق الديناميكي العالي (HDR). علاوة على ذلك، فهو يدعم ترميز الشفافية ألفا، وصور المليارات بالمليارات من البكسل، وهو أيضًا أكثر من أي تنسيق آخر، والضغط بدون فقدان. وقد حسن بشكل كبير نسبة الضغط مع فقدان البيانات مع وجود آثار أقل وضوحًا بشكل كبير عند مستويات الضغط القوية. ^[78]

تم نشر JPEG XT (ISO/IEC 18477) في يونيو 2015؛ وهو يمتد إلى تنسيق JPEG الأساسي مع دعم أعماق بتات الأعداد الصحيحة الأعلى (حتى 16 بت)، والتصوير عالي النطاق الديناميكي والترميز بالفاصلة العائمة، والترميز بدون فقدان، وترميز قناة ألفا. الامتدادات متوافقة مع تنسيق ملف JPEG/JFIF الأساسي والصورة المضغوطة ذات الفقدان 8 بت. يستخدم JPEG XT تنسيق ملف قابل للتمديد يعتمد على JFIF. تُستخدم طبقات الامتداد لتعديل الطبقة الأساسية JPEG 8 بت واستعادة الصورة عالية الدقة. البرامج الموجودة متوافقة للأمام ويمكنها قراءة دفق JPEG XT الثنائي، على الرغم من أنها ستفك تشفير الطبقة الأساسية 8 بت فقط. ^[79]

تم نشر JPEG XL (ISO/IEC 18181) في 2021-2022. وهو يستبدل تنسيق JPEG بتنسيق جديد خالٍ من حقوق الملكية يعتمد على DCT ويسمح بالترميز الفعال كخيار تخزين لصور JPEG التقليدية. ^[80] تم تصميم التنسيق الجديد لتجاوز أداء ضغط الصور الثابتة الذي يظهره HEIF HM و Daala و WebP . وهو يدعم صورًا بمليارات البكسل، ونطاقًا ديناميكيًا عاليًا يصل إلى 32 بت لكل مكون مع وظائف النقل المناسبة ( PQ و HLG )، وتشفير التصحيحات للصور الاصطناعية مثل الخطوط والتدرجات النقطية، والصور المتحركة، وتشفير قناة ألفا، واختيار ترميز الألوان RGB/YCbCr/ ICtCp . ^{[81] [82] [83] [84]}

• أفيف
• رسومات محمولة أفضل ، وهو تنسيق يعتمد على ترميز داخل الإطار لـ HEVC
• C-Cube ، أحد أوائل المنفذين لـ JPEG في شكل شريحة
• مقارنة تنسيقات ملفات الرسومات
• مرشح إزالة الحجب (فيديو) ، يمكن تطبيق طرق إزالة الحجب المماثلة على JPEG
• قاعدة التصميم لنظام ملفات الكاميرا (DCF)
• FELICS ، برنامج ترميز الصور بدون فقدان
• ملحقات الملفات
• برنامج تحرير الرسوميات
• تنسيق ملف الصورة عالي الكفاءة ، تنسيق حاوية الصورة لتنسيق HEVC وتنسيقات ترميز الصور الأخرى
• Lenna (صورة اختبارية) ، الصورة القياسية التقليدية المستخدمة لاختبار خوارزميات معالجة الصور
• الحركة JPEG
• ويب بي

• الموقع الرسمي
• معيار JPEG (JPEG ISO/IEC 10918-1 ITU-T Recommendation T.81) على W3.org
• تنسيق ملف JFIF في W3.org
• صور توضيحية لكامل نطاق مستويات التكميم من 1 إلى 100 على موقع visangi.com
• كود مفتوح المصدر لفك تشفير JPEG، حقوق الطبع والنشر (C) 1995–1997، توماس ج. لين