Formato JPEG

Se qualcuno ci chiede cosa significa la sigla ISO/IEC IS 10918-1 | ITU-T Recommendation
T.81, probabilmente rispondiamo che si tratta del nome in codice di un nuovo progetto portato avanti dall'Agenzia Spaziale Europea per cercare di mettersi in contatto con entità aliene che popolano l'universo. Se poi la stessa persona ci dice "JPEG" subito la nostra mente corre alle immagini scaricate da Internet o alle foto archiviate nella memoria della digicam. Eppure, comunque lo si chiami, stiamo parlando di quello che è forse il formato grafico più diffuso e conosciuto.
Il JPEG è, in realtà, l'acronimo di Joint Photographic Experts Group, un consorzio di aziende che ha sviluppato un metodo di gestione e archiviazione delle immagini digitali particolarmente efficiente in quanto a dimensioni dei file, pur preservando un'elevata qualità visiva. Ciò avviene grazie ad un processo di compressione basato sul principio che alcune gradazioni di colore non sono percepibili dall'occhio umano e di conseguenza possono essere ridotte. È opportuno, però, precisare che in ambito informatico il concetto di compressione è differente rispetto a quello cui siamo abituati normalmente. Comprimere una bottiglia di plastica per farle occupare meno spazio, ad esempio, non significa ridurre la quantità di materia di cui è composta.
Un'immagine digitale, invece, è costituita da bit che devono necessariamente essere in parte eliminati per diminuire fisicamente le dimensioni del file.
Per questa sua particolare caratteristica, il metodo di compressione delle immagini utilizzato dal formato JPEG viene identificato come lossy, ovvero con perdita d'informazioni, per differenziarlo da quelli lossless che conservano tutti i dati che compongono i file. In pratica, durante il processo di salvataggio di un'immagine in formato JPEG viene utilizzato un algoritmo in grado di definire
quale informazione è trascurabile e quale invece deve essere conservata per preservare l'integrità dell'immagine. L'efficienza di questo processo è tale che se visualizziamo a schermo un'immagine BMP (non compressa) e la confrontiamo con la stessa versione compressa, le immagini sembrano identiche. Per raggiungere tali risultati, gli sviluppatori del formato JPEG si sono basati sulla constatazione che in un'immagine reale gli sfondi e i soggetti hanno generalmente variazioni di colore e luminosità molto graduali. Le differenze di tonalità dei colori in una porzione d'immagine molto ristretta sono davvero minime e ciò consente di eliminare alcuni pixel tra due punti molto vicini risparmiando quindi spazio sulle dimensioni finali del file.
Il funzionamento del processo di compressione JPEG delle immagini si basa anche sui risultati di alcuni studi scientifici che hanno dimostrato come l'occhio umano sia molto sensibile alla luminosità e quindi al bianco. D'altronde, riusciamo a distinguere i colori presenti in natura solo se la luminosità dell'ambiente è elevata. Partendo da questi presupposti, durante il processo di compressione JPEG I'immagine prima rappresentata dai tre colori di base RGB (Red/Green/Blu, rosso, verde e blu) viene rielaborata per distinguere le informazioni relative alla luminanza (luma), cioè alla luminosità dei singoli pixel, da quelle sulla crominanza (chroma) che identificano le informazioni relative ai colori. Si tratterà poi di mantenere inalterati i valori di luminosità della foto e ridurre drasticamente quelli relativi ai colori. Per ottenere questi risultati sono stati sfruttati complicati modelli matematici in grado di mettere in pratica in maniera efficace queste considerazioni di carattere prettamente empirico. Un vero miracolo dell'informatica, se pensiamo che dal punto di vista di noi semplici utenti del PC basta cliccare sul pulsante Salva con nome o pigiare il pulsante di scatto della digicam per creare un'immagine JPEG!
ll processo di creazione di un'immagine compressa può essere schematizzato in 4 fasi operative distinte, completamene invisibili all'utente. Eccole in dettaglio.
 

1 Immagine da comprimere
Il processo di compressione di una foto inizia subito dopo che l'utente clicca sul pulsante
Salva con nome (ad esempio in Photoshop) e scegliere il formato di archiviazione JPEG.
L'immagine viene caricata in memoria e suddivisa in blocchi composti, ognuno, da 8
pixel per lato. Quindi, vengono individuate le informazioni relative alla luminosità e ai colori dell'immagine.
2 Informazioni utili
Su ogni singolo blocco dell'immagine viene applicata la Trasformata Discreta del Coseno: in pratica, vengono eseguiti complicati calcoli matematici in grado di rilevare tutte le variazioni di tonalità che intercorrono tra due aree vicine dell'immagine. Terminata questa fase, l'algoritmo di compressione JPEG elimina tutte le informazioni ridondanti, cioè i bit che presentano un colore uguale o, comunque, molto simile.
3 La sintesi
Nella terza fase dell'algoritmo di compressione JPEG i blocchi in cui era stata suddivisa l'immagine di partenza vengono ulteriormente rimpiccioliti con lo scopo di diminuire ancora il numero di bit necessari per riprodurre l'immagine senza comunque perdere informazioni importanti.
4 Ricomponiamo la foto
Tutte le informazioni raccolte vengono messe insieme e fìnalmente viene generata l'immagine
JPEG finale.