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JPEG XR

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목차

1. 개요

JPEG XR은 마이크로소프트가 개발한 이미지 파일 형식으로, JPEG에 비해 더 나은 압축, 무손실 압축 지원, 타일 구조, 더 많은 색상 정확도 지원 등의 특징을 제공한다. 2009년 ITU-T 권고 T.832 및 ISO/IEC 29199-2 국제 표준으로 승인되었으며, 2013년 마이크로소프트는 오픈 소스 라이브러리 "jxrlib"를 공개했다. JPEG XR은 JPEG 2000과 WebP와 같은 다른 이미지 형식과 경쟁하며, 윈도우 운영체제에서 기본적으로 지원되지만, 다른 운영체제에서의 채용은 제한적이다.

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JPEG XR - [IT 관련 정보]에 관한 문서
파일 포맷 정보
이름JPEG XR
아이콘JPEG XR logo.svg
확장자.jxr
.hdp
.wdp
마임 타입image/vnd.ms-photo
image/jxr
소유자마이크로소프트, ITU-T, ISO/IEC
발표일2009년 4월 14일
최신 버전 발표일2019년 6월
장르그래픽 파일 포맷
포함 가능한 것TIFF
개방 여부예
표준ITU-T T.832 (06/2019)
ISO/IEC 29199-2:2020
소프트웨어 정보
이름jxrlib (JPEG XR Device Porting Kit)
개발사마이크로소프트
발표일2013년 4월 16일
최신 버전1.1
최신 버전 발표일2013년 5월 28일
프로그래밍 언어C 언어
운영 체제윈도우
유닉스 계열
OS X
라이선스BSD 라이선스
웹사이트jxrlib
HD View

2. 역사

마이크로소프트는 2006년 WinHEC에서 윈도 미디어 포토를 발표하고,[10] 같은 해 11월에 HD 포토로 이름을 변경했다. 2007년 7월, JPEG와 마이크로소프트는 HD 포토를 '''JPEG XR'''로 JPEG 표준에 포함시키는 것을 고려하고 있다고 발표했다.[11][12]

2009년 3월 16일, JPEG XR은 ITU-T 권고 T.832로 최종 승인되었으며,[1] 2009년 4월부터 ITU-T에서 "사전 출판" 형태로 제공되었다. 2009년 6월 19일, ISO/IEC 최종 국제 표준 초안(FDIS) 투표를 통과하여 국제 표준 ISO/IEC 29199-2로 최종 승인되었다.[13][14] ITU-T는 2009년 12월 승인된 정오표로 간행물을 업데이트했으며,[3] ISO/IEC는 2010년 9월 30일에 유사한 수정 사항이 포함된 새 판을 발행했다.[15]

2010년, 이미지 코딩 명세가 완료된 후, ITU-T와 ISO/IEC는 JPEG XR에 대한 모션 형식 명세 (ITU-T T.833 | ISO/IEC 29199-3), 적합성 테스트 세트 (ITU-T T.834 | ISO/IEC 29199-4), 참조 소프트웨어 (ITU-T T.835 | ISO/IEC 29199-5)도 발표했다. 2011년에는 JPEG XR 이미지를 응용 프로그램에서 사용하는 워크플로 아키텍처를 설명하는 기술 보고서 (ITU-T T.Sup2 | ISO/IEC TR 29199-1)를 발표했다.

2013년 4월, 마이크로소프트는 오픈 소스 (BSD 라이선스) 라이브러리 "jxrlib"를 공개하고, 1.1 버전에서는 압축 품질을 개선했다고 밝혔다.[59]

2. 1. 개발 배경

마이크로소프트는 2006년 WinHEC에서 윈도 미디어 포토(Windows Media Photo)를 처음 발표했고,[10] 같은 해 11월에 HD 포토(HD Photo)로 이름을 변경했다. 2007년 7월, JPEG와 마이크로소프트는 HD 포토를 '''JPEG XR'''이라는 이름으로 JPEG 표준에 포함시키는 것을 고려하고 있다고 발표했다.[11][12]

2009년 3월 16일, JPEG XR은 ITU-T 권고 T.832로 최종 승인되었고, 2009년 4월부터 ITU-T에서 "사전 출판" 형태로 제공되었다.[1] 2009년 6월 19일에는 ISO/IEC 최종 국제 표준 초안(FDIS) 투표를 통과하여 국제 표준 ISO/IEC 29199-2로 최종 승인되었다.[13][14]

JPEG XR은 기존 JPEG 형식의 한계를 극복하기 위해 개발되었다. JPEG는 3원색별로 8비트(256계조)까지의 색 정보만 표현할 수 있어, 10비트(1024계조) 이상을 구분하는 인간의 시각 능력을 충분히 활용하지 못했다. 1990년대 이후 디지털 카메라가 고성능화되면서, JPEG 형식은 카메라의 성능을 온전히 담아내지 못하는 문제가 발생했다.

특히 일안 리플렉스 카메라 사용자와 같이 촬영 이미지 정보를 원본 그대로 보존하려는 경우, 카메라 내부의 이미지 정보 형식인 RAW 이미지 형식[53]으로 저장하는 경우가 많았다. RAW 이미지는 1색당 12비트 이상으로 저장되며 압축되지 않아 파일 크기가 매우 컸다. 플래시 메모리와 하드 디스크 드라이브 가격이 저렴해지면서 저장 공간 문제는 완화되었지만, 카메라 자체의 촬영 매수가 제한되는 불편함이 있었다.

RAW 형식은 범용성이 낮고, 계조 정보 손실 문제가 있었다. JPEG XR은 이러한 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대되었다. 마이크로소프트는 JPEG XR이 ISO/IEC 규격이 되면 로열티를 무료로 하겠다고 발표했으며,[49] 이후 JPEG XR의 사용 및 구현에 대해 특허를 주장하지 않겠다는 Community Promise를 적용했다.[57]

2. 2. 개발 과정

마이크로소프트는 2006년 WinHEC에서 윈도 미디어 포토를 처음 발표하고,[10] 그 해 11월에 HD 포토로 이름을 변경했다. 2007년 7월, JPEG와 마이크로소프트는 HD 포토를 '''JPEG XR'''로 알려진 JPEG 표준으로 만드는 것을 고려하고 있다고 발표했다.[11][12]

2009년 3월 16일, JPEG XR은 '''ITU-T 권고 T.832'''로 최종 승인을 받았으며, 2009년 4월부터 ITU-T에서 "사전 출판" 형태로 제공되었다.[1] 2009년 6월 19일, ISO/IEC 최종 국제 표준 초안(FDIS) 투표를 통과하여 '''국제 표준 ISO/IEC 29199-2'''로 최종 승인되었다.[13][14] ITU-T는 2009년 12월 승인된 정오표로 간행물을 업데이트했으며,[3] ISO/IEC는 2010년 9월 30일에 유사한 수정 사항이 포함된 새 판을 발행했다.[15]

2010년, 이미지 코딩 명세가 완료된 후, ITU-T와 ISO/IEC는 JPEG XR에 대한 모션 형식 명세 (ITU-T T.833 | ISO/IEC 29199-3), 적합성 테스트 세트 (ITU-T T.834 | ISO/IEC 29199-4), 참조 소프트웨어 (ITU-T T.835 | ISO/IEC 29199-5)도 발표했다. 2011년에는 JPEG XR 이미지를 응용 프로그램에서 사용하는 워크플로 아키텍처를 설명하는 기술 보고서 (ITU-T T.Sup2 | ISO/IEC TR 29199-1)를 발표했다.

2013년 4월, 마이크로소프트는 오픈 소스 (BSD 라이선스) 라이브러리 "jxrlib"를 공개하고, 1.1 버전에서는 압축 품질을 개선했다고 밝혔다.[59]

3. 주요 특징

JPEG XR은 JPEG에 비해 다음과 같은 주요 개선 사항을 제공하는 이미지 파일 형식이다.


  • 더 나은 압축: JPEG XR 파일 형식은 동일한 품질로 이미지를 인코딩하기 위해 JPEG에 비해 더 높은 압축률을 지원한다.

  • 무손실 압축: JPEG XR은 무손실 압축을 지원한다. JPEG XR의 신호 처리 단계는 무손실 코딩과 손실 코딩 모두 동일하다. 이로 인해 무손실 모드를 간단하게 지원하고 무손실 압축 이미지에서 일부 비트를 "트리밍"하여 손실 압축 이미지를 생성할 수 있다.

  • 타일 구조 지원: JPEG XR 코딩된 이미지는 ''타일'' 영역으로 분할될 수 있다. 각 영역에 대한 데이터는 개별적으로 디코딩될 수 있다. 이를 통해 전체 이미지를 디코딩하지 않고 이미지의 일부에 빠르게 액세스할 수 있다. "소프트 타일링"이라고 하는 유형의 타일링을 사용하는 경우, 이미지를 완전히 디코딩하지 않고 추가 왜곡을 도입하지 않고 타일 영역 구조를 변경할 수 있다.

  • 더 많은 색상 정확도 지원: JPEG XR은 기존의 8비트 샘플당 YUV (공식적으로 YCbCr) 4:2:0 인코딩 외에도 다양한 이미지 색상 표현을 지원한다. 이는 원래 JPEG 표준에 일반적으로 사용된다.


JPEG XR은 RGB 색 공간을 사용하는 이미지 지원을 위해 YCoCg 색 공간으로의 내부 변환을 포함하며 다양한 비트 심도 및 색상 표현 패킹 방식을 지원한다. 이러한 방식은 모양 마스킹 및 반투명도 지원을 위한 알파 채널과 함께 사용하거나 알파 채널 없이 사용할 수 있으며, 일부는 이미지 코딩에 일반적으로 사용된 것보다 훨씬 더 높은 정밀도를 가진다. 여기에는 다음이 포함된다.

:* 각 채널에 5비트 또는 빨간색 및 파란색에 5비트, 녹색에 6비트를 사용하는 픽셀당 16비트로 RGB를 팩킹하는 낮은 비트 심도 팩킹

:* 픽셀당 24 또는 32비트로 팩킹된 컴포넌트당 8비트 (때로는 트루 컬러라고도 함)

:* 32비트 팩킹 표현에서 컴포넌트당 10비트 (여러 고정밀 색상 표현 중 하나인 딥 컬러)

:* 48 또는 64비트로 팩킹된 정수, 고정 소수점 숫자 또는 반정밀 부동 소수점 숫자로 컴포넌트당 16비트

:* 96 또는 128비트로 팩킹된 고정 소수점 숫자 또는 전체 정밀도 부동 소수점 숫자로 컴포넌트당 32비트 (과도하게 높은 정밀도로 인해 무손실 코딩은 지원되지 않음)

JPEG XR은 또한 컴포넌트당 16비트(픽셀당 64비트) 정수 CMYK 색상 모델을 지원한다.

16비트 및 32비트 고정 소수점 색상 컴포넌트 코딩도 JPEG XR에서 지원된다. 이러한 인코딩에서 각 색상 채널의 최상위 4비트는 공칭 흑백 신호 범위를 나타내는 값의 범위를 넘어서는 추가 "헤드룸"과 "토우룸"을 제공하는 것으로 처리된다.

또한, 16비트 및 32비트 부동 소수점 색상 컴포넌트 코딩이 JPEG XR에서 지원된다. 이러한 경우 이미지는 부동 소수점 데이터로 해석되지만 JPEG XR 인코딩 및 디코딩 단계는 모두 정수 연산만을 사용하여 수행된다 (압축 처리를 단순화하기 위해).

RGBE (Radiance)로 알려진 공유 지수 부동 소수점 색상 형식도 지원되어 HDR (High Dynamic Range) 이미지를 더 충실하게 저장할 수 있다.

RGB 및 CMYK 형식 외에도 JPEG XR은 임의의 채널 수를 가진 그레이스케일 및 다중 채널 색상 인코딩도 지원한다.

대부분의 경우 색상 표현은 내부 색상 표현으로 변환된다. 변환은 완전히 되돌릴 수 있으므로 이 색상 변환 단계는 왜곡을 도입하지 않으므로 무손실 코딩 모드를 지원할 수 있다.

  • 투명도 맵 지원: 알파 채널은 투명도를 나타내기 위해 존재할 수 있으므로 알파 블렌딩 오버레이 기능을 사용할 수 있다.

  • 압축된 도메인 이미지 수정: JPEG XR에서는 이미지를 무손실 인코딩에서 손실 인코딩으로 변환하거나, 손실 인코딩의 충실도를 낮추거나, 인코딩된 이미지 해상도를 낮추기 위해 이미지를 완전히 디코딩할 필요가 없다.


가로 또는 세로 뒤집기 또는 방향 회전과 같은 특정 편집 작업에도 전체 디코딩이 필요하지 않다.

이미지 영역에 액세스하기 위한 타일 구조도 전체 디코딩 없이 왜곡을 도입하지 않고 변경할 수 있다.

  • 메타데이터 지원: JPEG XR 이미지 파일은 여러 장치에서 일관된 색상 표현을 달성하기 위해 ICC 색상 프로파일을 선택적으로 포함할 수 있다.


Exif 및 XMP 메타데이터 형식도 지원된다.[52]

4. 기술적 특징

JPEG XR은 JPEG에 비해 다음과 같은 주요 개선 사항을 제공하는 이미지 파일 형식이다.


  • 더 나은 압축: JPEG XR 파일 형식은 동일한 품질로 이미지를 인코딩하기 위해 JPEG에 비해 더 높은 압축률을 지원한다.
  • 무손실 압축: JPEG XR은 무손실 압축을 지원한다. 신호 처리 단계는 무손실 코딩과 손실 코딩 모두 동일하여 무손실 모드를 간단하게 지원하고 무손실 압축 이미지에서 일부 비트를 "트리밍"하여 손실 압축 이미지를 생성할 수 있다.
  • 타일 구조 지원: JPEG XR 코딩된 이미지는 ''타일'' 영역으로 분할될 수 있다. 각 영역에 대한 데이터는 개별적으로 디코딩될 수 있어 전체 이미지를 디코딩하지 않고 이미지의 일부에 빠르게 액세스할 수 있다. "소프트 타일링"을 사용하는 경우, 이미지를 완전히 디코딩하지 않고 추가 왜곡을 도입하지 않고 타일 영역 구조를 변경할 수 있다.
  • 더 많은 색상 정확도 지원: JPEG XR은 기존의 8비트 샘플당 YUV (YCbCr) 4:2:0 인코딩 외에도 다양한 이미지 색상 표현을 지원한다.
  • RGB 색 공간을 사용하는 이미지 지원을 위해 JPEG XR은 YCoCg 색 공간으로의 내부 변환을 포함하며 다양한 비트 심도 및 색상 표현 패킹 방식을 지원한다.
  • 모양 마스킹 및 반투명도 지원을 위한 알파 채널과 함께 사용하거나 알파 채널 없이 사용할 수 있으며, 일부는 이미지 코딩에 일반적으로 사용된 것보다 훨씬 더 높은 정밀도를 가진다.
  • 다음을 포함한다:
  • 각 채널에 5비트 또는 빨간색 및 파란색에 5비트, 녹색에 6비트를 사용하는 픽셀당 16비트로 RGB를 패킹하는 낮은 비트 심도 패킹
  • 픽셀당 24 또는 32비트로 패킹된 컴포넌트당 8비트 (트루 컬러)
  • 32비트 패킹 표현에서 컴포넌트당 10비트 (딥 컬러)
  • 48 또는 64비트로 패킹된 정수, 고정 소수점 숫자 또는 반정밀 부동 소수점 숫자로 컴포넌트당 16비트
  • 96 또는 128비트로 패킹된 고정 소수점 숫자 또는 전체 정밀도 부동 소수점 숫자로 컴포넌트당 32비트 (과도하게 높은 정밀도로 인해 무손실 코딩은 지원되지 않음)
  • JPEG XR은 컴포넌트당 16비트(픽셀당 64비트) 정수 CMYK 색상 모델을 지원한다.
  • 16비트 및 32비트 고정 소수점 색상 컴포넌트 코딩도 지원되며, 각 색상 채널의 최상위 4비트는 공칭 흑백 신호 범위를 나타내는 값의 범위를 넘어서는 추가 "헤드룸"과 "토우룸"을 제공한다.
  • 16비트 및 32비트 부동 소수점 색상 컴포넌트 코딩의 경우 이미지는 부동 소수점 데이터로 해석되지만 JPEG XR 인코딩 및 디코딩 단계는 모두 정수 연산만을 사용하여 수행된다.
  • RGBE(Radiance)로 알려진 공유 지수 부동 소수점 색상 형식을 지원하여 HDR (High Dynamic Range) 이미지를 더 충실하게 저장할 수 있다.
  • RGB 및 CMYK 형식 외에도 임의의 채널 수를 가진 그레이스케일 및 다중 채널 색상 인코딩도 지원한다.
  • 대부분의 경우 색상 표현은 내부 색상 표현으로 변환되며, 이 변환은 완전히 되돌릴 수 있으므로 왜곡을 도입하지 않아 무손실 코딩 모드를 지원할 수 있다.
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  • 이미지 영역에 액세스하기 위한 타일 구조도 전체 디코딩 없이 왜곡을 도입하지 않고 변경할 수 있다.
  • 메타데이터 지원: JPEG XR 이미지 파일은 여러 장치에서 일관된 색상 표현을 달성하기 위해 ICC 색상 프로파일을 선택적으로 포함할 수 있다.
  • Exif 및 XMP 메타데이터 형식도 지원된다.


JPEG XR 이미지 데이터를 저장하는 데 사용할 수 있는 하나의 컨테이너 포맷은 JPEG XR 표준의 부록 A에 명시되어 있으며, 이미지 파일 디렉터리(IFD) 태그 테이블을 사용하는 TIFF와 유사한 형식이다. JPEG XR 파일은 이미지 데이터, 선택적인 알파 채널 데이터, 메타데이터, 선택적인 XMP 메타데이터(RDF/XML로 저장), 선택적인 Exif 메타데이터를 IFD 태그에 포함한다. 이미지 데이터는 연속적인 자체 포함 데이터 덩어리이다. 선택적인 알파 채널이 있는 경우 별도의 이미지 레코드로 압축하여 투명도를 지원하지 않는 애플리케이션에서 투명도 데이터와 관계없이 이미지 데이터를 디코딩할 수 있다. (또는 JPEG XR은 알파 채널 데이터를 다른 이미지 데이터와 함께 단일 압축 코스트림으로 인코딩하는 "인터리브" 알파 채널 형식도 지원한다.)

TIFF를 기반으로 하는 이 형식은 HD Photo 사양에 따르면 "향후 업데이트에서 해결될 예정"인 4GB 파일 크기 제한을 포함하여 TIFF 형식의 모든 제한 사항을 상속받는다.[18]

JPEG 위원회에서는 JPX 파일 저장 형식 내에서 JPEG XR 이미지 코딩을 사용할 수 있도록 하는 새로운 작업을 시작했다. 이를 통해 네트워크 이미지의 대화식 브라우징을 허용하는 JPIP 프로토콜을 사용할 수 있게 된다.[13] 또한 2010년 3월에는 모션(비디오) 압축을 위한 ISO 표준으로 Motion JPEG XR 사양이 승인되었다.[19]

JPEG 2000, JPEG XR, JPEG 비교


HD Photo 비트스트림 사양은 "HD Photo는 JPEG-2000과 유사한 이미지 품질을 제공하며, 계산 및 메모리 성능은 JPEG와 더 가깝다", "JPEG보다 파일 크기가 절반 미만인 경우 더 나은 지각적 품질의 손실 압축 이미지를 제공한다" 및 "무손실 압축 이미지 ... 일반적으로 원본 비압축 데이터보다 2.5배 작다"라고 주장한다.

이미지 정보를 다루는 표준 포맷으로는, 종래에 가장 표준적으로 사용되는 JPEG 규격이 있다. JPEG의 3원색별로 8비트 (256계조)까지의 색 정보로는 10비트 (1024계조)까지 판별 가능하다고 여겨지는 인간의 인식력에 대응할 수 없어, 디지털 카메라가 고성능화된 1990년대부터는 카메라의 성능을 살리는 이미지 포맷으로는 한계가 생겼다.

디지털 카메라로 촬영하는 경우, 특히 일안 리플렉스 카메라를 사용하는 사용자처럼 촬영 이미지 정보를 원본 그대로 보존하고 싶은 경우에는, 그 이미지 정보는 카메라 내부에서의 이미지 정보 포맷인 RAW 이미지 형식[53]으로 외부로 꺼내지는 경우가 많고, 이 경우에는 1색당 12비트 이상이 되며, 압축도 고려되지 않기 때문에 이미지 파일이 상당히 커진다. 파일 사이즈의 증대는 플래시 메모리나 하드 디스크 드라이브, 쓰기용 DVD가 저렴해지고 있으므로 20세기만큼 큰 문제는 아니지만, 카메라 단독으로의 촬영 매수가 제한되는 점에서는 불편하며, 카메라 내부에서는 RAW 형식에서 JPEG 형식으로 변환 후, 플래시 메모리 등의 내부 기억 칩에 저장되는 경우가 많다. 이때의 JPEG 변환은 비가역 변환에 의한 압축 처리이며, 이로 인해 원본 이미지가 가지고 있던 색의 계조 정보는 각 색 8비트로 잘려나간다.

가능하다면 RAW 형식이나 JPEG 형식이라는 2가지 형식뿐만 아니라, 카메라 내부에서 TIFF 형식이나 PNG 형식으로 변환 후, 카메라 내의 메모리 카드에 기억하는 중간적인 방법도 괜찮을 것 같지만, TIFF 형식[54]이나 PNG 형식[55]에서는 JPEG의 몇 배나 되는 파일 사이즈가 되기 때문에 촬영 매수가 제한된다는 점과, TIFF 형식에서는 대부분의 웹 브라우저가 지원하지 않는다는 점[56] 등이 단점이 되어, 저장 포맷으로는 피하고 있다. RAW 형식에서는, 카메라에서 PC 등으로 이미지 데이터를 이동·보관하고, 웹이나 휴대용 이미지 뷰어에서 표시가 필요한 경우, 카메라에 부속된 소프트웨어로 RAW 형식에서 JPEG 형식으로 변환되는 경우가 많다.

상기 RAW 형식의 범용성의 낮음과 계조 정보의 문제는, JPEG XR의 채택과 보급에 의해 해결될 것으로 여겨졌다. 마이크로소프트에서는, JPEG XR이 ISO/IEC 규격이 되면, 로열티를 무료로 하겠다고 했었다.[49] 그 후, 마이크로소프트는 JPEG XR의 사용·구현에 대해 특허를 주장하지 않는 「Community Promise」를 적용했다.[57]

4. 1. 처리 절차

RAW 이미지 데이터는 디지털 카메라의 이미지 센서에 의해 생성되며, 부호화 처리를 거쳐 JPEG XR 표준에 따른 정지 이미지 파일로 저장 공간에 저장된다.[1] 카메라의 저장 공간에 저장된 정지 이미지 파일은 PC 등으로 전송되어 필요에 따라 복호화 처리를 거쳐 비트 이미지로 전개된다.[1]

다음은 부호화 처리와 복호화 처리의 개요이다.[1]
부호화 처리1. RAW 이미지 데이터를 받는다.[1]

2. 전체 이미지 처리[1]

  • 색 공간 변환: RGB나 CMYK 등에서 YUV, YUVK로 변환한다.[1]
  • 중복 양직교 변환(주파수 영역으로의 변환의 일종)[1]
  • POT 처리(1단계): 타일, 매크로 블록, 블록의 경계 부분을 유지한다.[1]
  • PCT 처리(1단계): PCT 계수의 직류 성분(DC)에서 세로와 가로의 해상도를 1/4로 한 Low Pass를 생성한다.[1]
  • POT 처리(2단계)[1]
  • PCT 처리(2단계): Low Pass의 세로와 가로 해상도를 1/4로 한 High Pass를 생성한다.[1]

3. 각 타일 내 처리[1]

  • 양자화: DC, Low Pass, High Pass라는 3단계의 계수의 범위(다이내믹 레인지)를 줄인다.[1]
  • 계수 예측: 왼쪽과 위의 매크로 블록을 참조한다. DC, Low Pass, High Pass 각각에 대해 수행한다.[1]
  • 계수 스캔: 0이 연속될 확률을 높여 부호화 효율을 높인다.[1]
  • 엔트로피 부호화[1]

4. JPEG XR의 코드 스트림을 출력한다.[1]
복호화 처리1. JPEG XR의 코드 스트림을 받는다.[1]

2. 구문 분석 처리[1]

  • 이미지 레이어와 타일 레이어의 구문 분석[1]
  • MB 레이어와 계수 분석 및 역 계수 스캐닝[1]
  • VLC 테이블 선택 및 모델 적응[1]

3. 복호화 처리[1]

  • 계수 리매핑[1]
  • 계수 예측[1]
  • 역 양자화[1]

4. 샘플 복원[1]

  • 제1단계 역변환[1]
  • 제1단계 오버랩 필터링[1]
  • 제2단계 역변환[1]
  • 제2단계 오버랩 필터링[1]

5. 출력 처리[1]

4. 2. 압축 알고리즘

JPEG XR의 설계[1][20]는 개념적으로 JPEG와 매우 유사하다. 원본 이미지는 선택적으로 휘도-채도 색 공간으로 변환되고, 채도 평면은 선택적으로 크로마 서브샘플링되며, 각 평면은 고정 크기 블록으로 분할되고, 블록은 주파수 영역으로 변환되며, 주파수 계수는 양자화되고 엔트로피 부호화된다. 주요 차이점은 다음과 같다.

  • JPEG는 8비트 및 12비트 비트 심도를 지원하는 반면, JPEG XR은 최대 32비트 비트 심도를 지원한다. JPEG XR은 또한 IEEE 754와 유사한 형식으로 부동 소수점 값을 표현하고 정수처럼 인코딩하여 부동 소수점 이미지 데이터 및 RGBE 이미지의 무손실 및 손실 압축을 지원한다.
  • JFIF 및 기타 일반적인 이미지 인코딩 관행은 RGB에서 YCbCr로의 선형 변환을 지정하며, 이는 반올림 오차로 인해 실제적으로 약간 손실이 발생한다. JPEG XR은 YCoCg-R[21][22]과 같이 무손실 색 공간 변환을 지정한다.[23](RGB의 경우):

:: V = B - R\,

:: U = G - R - \left\lceil \frac{V}{2} \right\rceil

:: Y = G - \left\lceil \frac{U}{2} \right\rceil

  • JPEG는 주파수 변환에 8 × 8 블록을 사용하지만, JPEG XR은 주로 4 × 4 블록 변환을 사용한다. (2 × 4 및 2 × 2 변환은 크로마 서브샘플링과 관련된 특수한 경우에도 정의된다. 인코더 옵션에는 YUV_444, YUV_422, YUV_420 및 흑백 Y_only가 포함된다.)[24]
  • JPEG는 단일 변환 단계를 사용하는 반면, JPEG XR은 16 × 16 ''매크로블록'' 영역 내에서 4 × 4 코어 변환을 2단계 계층 방식으로 적용한다. 이것은 변환에 웨이블릿과 같은 다중 해상도 계층 구조를 제공하고 압축 성능을 향상시킨다.
  • JPEG에서 사용하는 주파수 변환인 DCT는 반올림 오차로 인해 약간 손실이 발생한다. JPEG XR은 리프팅 방식을 사용하는 정수 변환 유형을 사용한다.[25] Photo Core Transform(PCT)라고 하는 필요한 변환은 4 × 4 DCT와 유사하지만 무손실(정확히 가역적)이다. 사실, 이것은 binDCT라고 하는 더 큰 이진 친화적인 승산기 없는 변환 패밀리의 특정 구현이다.[26]
  • JPEG XR은 각 4 × 4 코어 변환 PCT 단계 전에 Photo Overlap Transform(POT)이라고 하는 선택적 중첩 사전 필터링 단계를 허용한다.[25] 필터는 4 × 4 코어 변환 블록에서 각 방향으로 2개의 샘플만큼 오프셋된 4 × 4 블록에서 작동한다. 그 목적은 압축 성능을 향상시키고 낮은 비트 전송률에서 블록 경계 아티팩트를 줄이는 것이다. 일반적으로 이러한 아티팩트가 문제가 되지 않는 높은 비트 전송률에서는 인코딩 및 디코딩 시간을 줄이기 위해 사전 필터링을 생략할 수 있다. 중첩 필터링은 리프팅 방식에 따라 정수 연산을 사용하여 구성되므로 무손실이기도 하다. 적절하게 결합된 경우 JPEG-XR의 POT와 PCT는 겹쳐진 변환을 형성한다.[27]
  • JPEG에서 DCT 블록의 이미지 DC 계수는 왼쪽 인접 변환 블록에서 DC 예측을 적용하여 예측되며, 다른 계수는 예측되지 않는다. JPEG XR에서는 4 × 4 블록이 16 × 16 샘플의 매크로블록으로 그룹화되고, 각 매크로블록의 4 × 4 블록에서 가져온 16개의 DC 계수가 주파수 변환의 또 다른 단계를 거치므로 엔트로피 코딩할 계수 유형이 세 가지로 남는다. 즉, 매크로블록 DC 계수(DC), 매크로블록 수준 AC 계수( "lowpass"), 하위 레벨 AC 계수(AC)이다. 변환 블록 간의 계수 값 예측은 DC 계수와 추가 행 또는 열의 AC 계수에도 적용된다.
  • JPEG XR은 이미지를 더 작은 개별 사각형 ''타일'' 영역으로 분해하여 인코딩하는 것을 지원한다. 각 타일 영역은 그림의 다른 영역과 독립적으로 디코딩할 수 있다. 이를 통해 전체 그림을 디코딩하지 않고도 그림의 공간 영역에 빠르게 액세스할 수 있다.
  • JPEG XR의 엔트로피 코딩 단계는 JPEG보다 적응적이고 복잡하며, DC 및 AC 계수 예측 방식, 적응 계수 재정렬(JPEG의 고정 지그재그 순서와 대조), 그리고 계수 자체에 대한 적응적 허프만 코딩 형식을 포함한다.
  • JPEG는 이미지당 색상 평면당 DC/AC 구성 요소당 단일 양자화 단계 크기를 사용한다. JPEG XR은 ''타일'' 영역 기준으로 DC 양자화 단계 크기를 선택할 수 있으며 매크로블록마다 저주파수 및 AC 양자화 단계 크기를 변경할 수 있다.
  • 양자화를 제외한 모든 인코딩 단계는 무손실이므로 모든 양자화 계수가 1과 같으면 JPEG XR은 무손실이다. 이는 JPEG의 경우에 해당하지 않는다. JPEG는 DCT를 사용하지 않는 별도의 무손실 모드를 정의하지만, libjpeg에서 구현되지 않았으므로 널리 지원되지 않는다.

5. 소프트웨어 지원

Fast Picture Viewer는 JPEG XR 이미지 파일(.jxr, .hdp, .wdp 모두 지원)을 볼 수 있다.[28] Zoner Photo Studio는 JPEG XR 이미지 파일로 저장이 가능하다(.jxr, .hdp, .wdp 지원). 단, 한글 버전은 지원하지 않는다. 어도비 포토샵 CS2/CS3은 마이크로소프트의 공식 플러그인을 통해 HD 포토 이미지를 저장할 수 있다. 어도비 포토샵 CS4/CS5에서는 플러그인 설치가 불가능하고(버전이 안 맞음) JPEG XR을 지원하지 않는다. 마이크로소프트 익스프레션 디자인은 프로그램 메뉴의 '파일->내보내기'를 통해 HD 포토 이미지를 가져오고 내보낼 수 있으며, .wdp로만 저장된다(.jxr, .hdp는 지원 안 함).[31] IrfanView 4.10은 HD 포토 이미지를 플러그인을 통해 가져올 수 있다. Paint.NET 3.20은 HD 포토 이미지를 플러그인을 통해 가져오고 내보낼 수 있다.[68][33] XnView는 플러그인을 통해 사용할 수 있다.[35][36] 꿀뷰3은 .wdp와 .hdp를 지원한다. .jxr 파일의 경우에는 수동으로 연결시켜야 한다. 윈도우 라이브 사진 갤러리는 윈도우 XP와 윈도우 비스타에서 HD 포토 이미지를 보는 데 사용할 수 있다. 윈도우 비스타는 윈도 사진 갤러리를 통해 HD 포토 보기를 기본 지원하고 있다. 윈도우 7은 .wdp 형식은 볼 수 있지만 .hdp, .jxr 형식은 지원하지 않는다. 윈도우 8은 .jxr, .wdp를 지원한다. 인터넷 익스플로러 9는 .wdp 형식은 볼 수 있지만 .hdp, .jxr 형식은 지원하지 않는다.[29][30] 알씨는 JPEG XR을 지원(.hdp 지원, .wdp, .jxr은 지원하지 않는다.)한다. 폴라리스 오피스 2015도 JPEG XR을 지원한다.

JPEG XR의 참조 소프트웨어 구현은 ITU-T 권고 T.835 및 ISO/IEC 국제 표준 29199-5로 게시되었다.

다음은 JPEG XR을 기본적으로 지원하는 주요 소프트웨어 제품이다.

소프트웨어게시자SDR 디스플레이SDR 편집HDR 디스플레이HDR 편집세부 정보참고 자료
사진 (Windows)마이크로소프트예예예예
[https://apps.microsoft.com/detail/9PGN3NWPBWL9?hl=en-US&gl=US HDR + WCG 이미지 뷰어]Simon Tao예아니요예아니요정적 분석 도구[hdr 톤 맵, sdr 회색조, 휘도 히트 맵] 허용
Affinity PhotoSerif Europe예예예예
어도비 포토샵어도비 시스템즈예예예예공식 포토샵용 JPEGX 플러그인
[https://github.com/Knewest/precompiled-jxrlib-binaries jxrlib]4creators, Knewest예아니요아니요아니요.jxr에서 .tif로 hdr 메타데이터를 유지하면서 다시 리먹싱하여 이 페이지의 적절한 소프트웨어를 사용하여 다른 hdr 형식으로 다시 리먹싱할 수 있다. (OpenEXR|.exr영어), .hdr).tif는 hdr 메타데이터를 포함할 수 있지만 뷰어에서 직접적으로 eotf를 표시할 수 없기 때문이다.
Fast Picture ViewerAxel Rietschin Software Developments예아니요아니요아니요[28]
인터넷 익스플로러 9마이크로소프트예아니요아니요아니요[29][30]
마이크로소프트 익스프레션 디자인마이크로소프트예예아니요아니요[31]
마이크로소프트 익스프레션 미디어마이크로소프트예아니요아니요아니요
마이크로소프트 이미지 합성 편집기마이크로소프트예예아니요아니요[32]
페인트닷넷Rick Brewster예예아니요아니요[33]
Pale Moon (v.28까지)Moonchild Productions아니요아니요아니요아니요[34]
Serif PhotoPlus (v.X7부터)Serif Europe예예아니요아니요
Windows Live 사진 갤러리마이크로소프트예예아니요아니요
Windows 사진 갤러리마이크로소프트예예아니요아니요
Windows 사진 뷰어마이크로소프트예아니요아니요아니요
XnViewPierre-Emmanuel Gougelet예예아니요아니요[35][36]
Zoner Photo Studio (v.13부터)Zoner Software예예아니요아니요



다음은 플러그인을 통해 JPEG XR을 지원하는 주요 소프트웨어이다.

다음 API 및 소프트웨어 프레임워크는 JPEG XR을 지원하며 다른 소프트웨어에서 JPEG XR 지원을 최종 사용자에게 제공하는 데 사용될 수 있다.

제품 이름게시자읽기 지원쓰기 지원
어도비 통합 런타임 3.3어도비 시스템즈예예[37]
어도비 플래시 플레이어 11.3어도비 시스템즈예예[37]
통합 성능 프리미티브인텔예예[38][39]
Windows 이미지 구성 요소마이크로소프트예예



2011년 비디오 게임 Rage는 텍스처를 압축하기 위해 JPEG XR 압축을 사용한다.[40]

.jxr은 xbox 게임바, nvidia shadowplay, obs, [https://www.special-k.info/ special k]에 의해 hdr 스크린샷을 위해 생성된 이미지이다.

이미지가 원래 .jxr 컨테이너에서 벗어나면 다시 .jxr로 다시 리먹싱할 수 있는 소프트웨어는 존재하지 않는다(jxrlib의 jxrencapp.exe는 파일을 손상시키고, 이 목록의 다른 API는 .jxr로 내보낼 수 있을 때도 파일을 손상시킨다).

6. 라이선스

마이크로소프트는 JPEG XR 기술에 대한 특허를 보유하고 있다. 2007년 1월 인터뷰에서 마이크로소프트의 한 관계자는 HD Photo의 채택과 사용을 장려하기 위해 이 사양을 마이크로소프트 오픈 사양 약속에 따라 사용할 수 있도록 했다고 밝혔다. 이 약속은 마이크로소프트가 해당 사양의 구현을 무료로 허용하고, 구현과 관련하여 특허 기술에 대한 소송을 제기하지 않겠다는 내용을 담고 있으며, 이는 마이크로소프트의 리치 미디어 그룹 이사인 조쉬 웨이스버그(Josh Weisberg)의 발언으로 알려졌다.[41] 2010년 8월 15일, 마이크로소프트는 JPEG XR 표준을 마이크로소프트 커뮤니티 약속에 따라 사용할 수 있도록 했다.[42]

2010년 7월, JPEG XR 표준을 구현하기 위한 참조 소프트웨어가 ITU-T 권고 T.835 및 국제 표준 ISO/IEC 29199-5로 발행되었다. 마이크로소프트는 해당 출판물을 마이크로소프트 커뮤니티 약속의 적용을 받는 사양 목록에 포함시켰다.[3]

2013년 4월, 마이크로소프트는 BSD 라이선스 하에 오픈 소스 JPEG XR 라이브러리인 jxrlib을 출시했다.[43][44] 이는 이전에 출시된 "HD Photo 장치 포팅 키트"[45]와 호환되지 않았던 GNU 일반 공중 사용 허가서와 같은 널리 사용되는 오픈 소스 라이선스 하에 배포되는 소프트웨어 패키지에 해당 라이브러리를 구현하는 데 따른 모든 라이선스 문제를 해결했다.

7. 다른 이미지 포맷과의 비교

JPEG는 오랫동안 이미지 포맷의 표준으로 사용되어 왔지만, 3원색별 8비트 (256계조)의 색 정보로는 인간의 인식 능력을 충분히 표현하지 못했다. 1990년대 이후 디지털 카메라의 성능이 향상되면서, 카메라의 성능을 최대한 활용할 수 있는 새로운 이미지 포맷의 필요성이 제기되었다.[53]

일안 리플렉스 카메라 사용자들은 촬영 이미지 정보를 원본 그대로 보존하기 위해 카메라 내부의 RAW 이미지 형식을 사용하는 경우가 많았다. RAW 이미지는 1색당 12비트 이상의 색 정보를 담고 있어 이미지 파일이 매우 커지는 단점이 있었다. 플래시 메모리와 하드 디스크 드라이브 가격이 저렴해지면서 파일 크기 문제는 어느 정도 해결되었지만, 카메라 단독으로 촬영할 수 있는 사진 수가 제한되는 문제는 여전히 남아있었다. 대부분의 카메라는 RAW 형식에서 JPEG 형식으로 변환한 후 이미지를 저장했는데, 이 과정에서 원본 이미지의 색 정보가 손실되었다.[53]

TIFF 형식이나 PNG 형식은 JPEG보다 파일 크기가 커서 촬영 매수가 제한되고, TIFF 형식은 대부분의 웹 브라우저에서 지원되지 않는다는 단점이 있었다.[54][55][56] RAW 형식은 범용성이 낮고, 이미지 데이터를 PC로 옮겨 보관하거나 웹에서 표시하려면 별도의 소프트웨어가 필요했다.

JPEG XR은 이러한 RAW 형식의 낮은 범용성과 계조 정보 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대되었다. 마이크로소프트는 JPEG XR이 ISO/IEC 규격이 되면 로열티를 무료로 하겠다고 발표했으며,[49] 이후 JPEG XR의 사용 및 구현에 대해 특허를 주장하지 않겠다는 Community Promise를 적용했다.[57]

다음은 JPEG, JPEG 2000, JPEG XR, WebP 등 주요 정지 영상 표준을 비교한 표이다.

표준 이름JPEGJPEG 2000JPEG XRWebP
표준 시 1색당 비트 수8비트8 - 12비트8 - 32비트8비트[61]
무손실 압축·손실 압축선택 불가 (손실 압축만)
(별도로 JPEG LS라는 표준이 있다)		선택 가능선택 가능선택 가능
주요 부호화 기술이산 코사인 변환
허프만 부호화		웨이블릿 변환
EBCOT		중복 쌍직교 변환
적응형 VLC		동영상 코덱 VP8 기술 사용
채용 기기·OS거의 모든 카메라 및 OS가 지원디지털 시네마 및 의료 영상 처리, 감시 카메라, 방송국의 2차 배포 등 업무 용도로 사용
애플이 macOS 및 iOS에서 기본 지원		마이크로소프트가 Windows Vista 이후 OS에서 기본 지원구글이 Android (4.0 이후)에서 기본 지원
채용 웹 브라우저주요 브라우저 모두 기본 지원macOS 및 iOS에서 동작하는 사파리가 기본 지원인터넷 익스플로러 (9 이후)가 기본 지원구글 크롬, 오페라, 모질라 파이어폭스가 기본 지원
라이브러리[http://libjpeg.sourceforge.net/ libjpeg], [http://sourceforge.net/projects/libjpeg-turbo/ libjpeg-turbo][http://www.openjpeg.org/ OpenJPEG], [http://www.ece.uvic.ca/~frodo/jasper/ JasPer], [http://www.kakadusoftware.com/ Kakadu][https://jxrlib.codeplex.com/ jxrlib][https://developers.google.com/speed/webp/download libwebp]



JPEG XR은 JPEG 2000에 비해 기술적인 참신함은 부족하지만,[62] 고압축을 실현할 수 있다. JPEG 2000이 널리 사용되지 않은 이유는 Windows 및 웹 브라우저의 미지원 외에도, 하드웨어 회로 규모와 메모리 용량이 JPEG XR보다 크다는 점, 이미지에 따라 처리 시간에 차이가 발생하여 카메라 제조사들이 연사 속도를 내세우기 어려웠다는 점 등이 있었다.[49]

8. 전망

Microsoft Windows 이외의 OS에서는 표준으로 지원되지 않으며, 애플은 JPEG의 대체로 후발 규격인 HEIF를 채택하여 JPEG XR을 채택할 예정이 없으므로, 디지털 카메라에서의 채용 전망은 전혀 없는 상황이다.

2008년 12월 당시 디지털 카메라의 이미지 센서 상황은 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 첫 번째 그룹은 일안 반사식 카메라와 같은 고급 기종이다. 이러한 카메라에서는 70dB 정도의 다이내믹 레인지를 갖춘 이미지 센서가 이미 사용되고 있으며, 12비트 계조가 적합하다. 이러한 고급 기종에서는 이미지 센서에 한정하면 현 상태에서도 JPEG XR을 이용하는 것이 바람직하지만, 외부 출력을 HDMI 1.3으로 하거나, 후면에 탑재된 액정 모니터를 더 넓은 색역의 것으로 교체할 필요가 있을 수 있다. 또 다른 그룹은 콤팩트 디지털 카메라라고 불리는 것으로, 이들의 대부분은 이미지 센서의 다이내믹 레인지가 60dB 정도이기 때문에, 8비트 계조를 넘는 촬영을 위해서는 더 상위의 이미지 센서가 요구된다.

HDR의 등장이나 RAW 형식의 채용 등에서 추정할 수 있듯이, 현재 카메라 출력이 사용자의, 특히 일안 반사식 카메라를 구입하는 사용자층의 성능 및 편리성에 대한 요구를 충족시키지 못하는 것은 분명하지만, JPEG 2000의 것과 비교하면 JPEG XR에 대응하기 위해 탑재해야 하는 회로 규모는 현실적이라고 할 수 있지만, 보급 전망은 아직 불투명하다.

또한, JPEG XR의 채용으로 실현되는 색상의 다이내믹 레인지를 넓히는 것은 단순한 표현력 향상만이 장점이 아니다. 일안 반사식 카메라에서도 그렇지만, 특히 라이트 유저가 콤팩트 카메라로 가볍게 인물 등을 찍은 사진에서 "흑백"이나 "백색 소실"이 발생하더라도, 색상의 다이내믹 레인지가 넓으면, 나중에 리터칭 소프트웨어로 보다 자연스러운 보정이 더 쉽게 이루어질 수 있는 여유가 생길 것으로 기대된다.[63]

참조

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[3] 웹사이트 Media Types https://www.iana.org[...] IANA 2024-07-29
[4] 웹사이트 Introducing HD Photo https://docs.microso[...] Microsoft 2006-11-17
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[15] 웹사이트 ISO/IEC 29199-2:2010 Information technology – JPEG XR image coding system – Part 2: Image coding specification http://www.iso.org/i[...] International Organization for Standardization (ISO) and International Electrotechnical Commission (IEC) 2010-09-30
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[51] 웹사이트 ISO/IEC 29199-2 : Information technology - JPEG XR image coding system - Part 2: Image coding specification http://www.iso.org/i[...] 국제표준화기구 (ISO) 및 국제전기표준회의 (IEC) 2009-08-14
[52] 웹사이트 Lossy Compressed Image Formats Study https://people.mozil[...] Mozilla Corporation
[53] 문서 RAW형식とは撮像素子が吐き出すA-D変換後のデジタル情報をそのまま画像データファイルとしたもので、最も画像の元情報を保存しているがファイルサイズは大きくなる。また、カメラ・メーカー各社ごとに違うばかりか多くの場合は機種毎に異なる形式であるため、カメラに付属する専用ソフトウェアで見るほかには、そのソフトで標準的な画像形式に変換しない限り閲覧や印刷など画像を利用することが難しく、汎用性が低い。詳しくはRAW画像を参照。
[54] 문서 TIFFは8ビットを超える色深度や浮動小数フォーマット、いくつかの圧縮アルゴリズムをサポートするが、そのようなTIFFの読み込みに対応しているソフトウェアは少ない。
[55] 문서 PNG形式は可逆圧縮という利点があるが、写真のように色が滑らかに変化する画像の圧縮には不向きで、高い圧縮率は得られない。また、圧縮処理にはJPEGよりも時間がかかる。
[56] 문서 Internet Explorer 9以降ではTIFFの表示に対応している。
[57] 웹사이트 Covered Specifications (the Microsoft Community Promise applies individually to each of the following specifications) https://www.microsof[...] マイクロソフト
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