Uno dei problemi che da sempre affligge l'informatica è l'ottimizzazione dello spazio per la memorirazzione dei dati, pensate ai primi personal computer che possedevano hard disk di pochi mega byte (quando ce l'avevano), e si andava avanti a via di floppy ed ottimizzazione dello spazio, allora si stava attenti anche al singolo byte.
Oggi le cose sono decisamente cambiate e sia la potenza di calcolo che la capacità di archiviazione dati hanno raggiunto livelli impensabili sino ad un decennio or sono. Sebbene lo spazio a nostra disposizione sia aumentato in maniera esponenziale, e certamente non stiamo più li a preoccuparci se dei file obsoleti continuano a sostare sul nostro PC occupando centinaia e centinaia di preziosi Mbyte, la necessità di ridurre il peso occupato dai file è sempre presente, e non rappresenta una mera ed esclusiva questione di spazio, i vantaggi di un file più leggero sono molteplici, mi riferisco in particolare ai file multimediali, notoriamente pesanti. Riuscire a ridurre la dimensione dei file immagini, audio e video con una perdita accettabile dell'informazione che esso possiede, rappresenta un buon compromesso che comporta una riduzione dello spazio occupato, del tempo impiegato per il trasferimento ed elaborazione, della facilità di gestione; insomma tutta quella serie di vantaggi strettamente legate ad un alleggerimento delle dimensioni del file.
Uno dei primi e tutt'oggi più diffusi standard per la compressione dei file multimediali è lo standard JPEG, tutti lo conosciamo, tutti lo usiamo, ma pochi danno merito a questo fantastico metodo di compressione, che ci consente di ridurre notevolmente le dimensioni dei file multimediali ed usarli con disinvoltura, andiamo a conoscerlo più da vicino.
Lo Standard di compressione usato da JPEG fa parte della famiglia degli algoritmi detti di "compressione con perdita (o lossy)", cioè comportano una perdita dell'informazione del file originale a favore di una riduzione notevole delle sue dimensioni, la perdita risulta comunque accettabile nella stragrande maggioranza dei casi d'uso comuni, e lo scotto di qualità è un compromesso accettabilissimo rispetto ai vantaggi offerti da questa compressione.
Gli algoritmi di compressione con perdita dei dati, si basano sull'uso di trasformate dell'immagine (campionata o digitalizzata), in termini semplici una trasformata non è altro che una funzione applicata all'immagine che per l'appunto la trasforma in una nuova immagine contenente una quantità d'informazione minore riducendone conseguentemente le dimensioni.
Fatta questa piccola premessa, definiamo dei concetti brevi ma fondamentali sullo standard JPEG per la compressione delle immagini.
Codifica di trasformate
Le tecniche di compressione operano nel dominio spaziale, ma è possibile adoperare tecniche di compressione anche nel dominio delle frequenze. Esse si basano sulla modifica della trasformata di una immagine, scartando i coefficienti della trasformata che contengono poca informazione. Come trasformata la KLT, minimizza l'errore di ricostruzione ma si preferisce la DCT in quanto più leggera computazionalmente, più facile da implementare e non presenta discontinuità, evitando così i problemi del blocking-artifact e dell'effetto Gibbs. I coefficienti superstiti vengono poi codificati tramite VCL, con codifica zonale o codifica a soglia.
L'importanza odierna della DCT (trasformata coseno discreta), risiede nel suo impiego nei principali algoritmi e standard di compressioni di immagini e video, tra cui per l'appunto nello standard JPEG.
Lo Standard JPEG (Joint Photographics Experts Group)
Lo standard jpeg è il più comune e diffuso standard per la compressione di immagini fisse, sia a colori che a livelli di grigio, purchè a toni continui (cioè non bi-livello o con pochi colori o livelli). E' relativo sia a metodi di compressione con perdita che senza. Gli algoritmi con perdita (i più importanti) si basano su uno schema di codifica della trasformata DCT.
Lo Standard JPEG2000
Questo standard nasce per integrare e completare JPEG, e non per sostituirlo. Ad es. supera il limite di JPEG di applicazione a immagini di dimensione massima 64k x 64k, o ancora fornisce risultati molto più soddisfacenti, per compressioni a bassi valori del bit-rate (sotto lo 0.25 bpp). La differenza principale con l'algoritmo JPEG risiede nell'uso della trasformata Wavelet anziché della DCT, la Wavelet offre un'elevata efficienza di compressione e capacità di localizzazione spaziale superiori a DCT, risulta così particolarmente indicata per l'analisi delle caratteristiche locali dell'immagine.
Lo standard MPEG (Motion-JPEG)
MPEG è stato il primo standard per la compressione di dati multimediali (audio e video) con perdita d'informazione. Ogni singola immagine di una sequenza video è detta frame, in una sequenza video destinata alla visione umana, i frame devono succedersi in modo da dare la sensazione di fluidità del movimento. A tale scopo, la frequenza di campionamento temporale deve essere di 20-25 frame per secondo (25fps, standard televisivo PAL). Questo provoca una elevata ridondanza temporale fra frame consecutivi, oltre a quella spaziale relativa alle singole immagini, la compressione video riduce entrambe. L'esigenza di comprimere video nasce soprattutto dall’impossibilità di trasmetterli on-line ad un bit-rate adatto ed adeguato ad un uso di tipo consumer. Lo standard MPEG1 e relativo a tecniche di compressione con perdita. Lo standard MPEG4 nasce per l'integrazione dei paradigmi televisivi digitali e della grafica multimediale e interattiva.
Conclusioni
Davvero lo standard Jpeg ha rivoluzionato il modo di trattare le immagini ed i file multimediali in genere, oggi l'uso massiccio d'internet e delle nuove tecnologie in genere, netbook, telefonini, smartphone, e simili, richiede l'uso di immagini e video leggeri e facili da trattare, la cui qualità resti però sufficiente e gradevole, ed in questo gli standard Jpeg ed Mpeg sono impareggiabili, e per darverne dimostrazione v'invito a fare una semplice prova, prendete una cartella contenente delle immagini in formato jpeg e comprimetela con uno dei tanti programmi compressori che si trovano in giro, come WinZip o WinRar tanto per citare i più famosi, vedrete che le dimensioni della cartella zippata sarà pressochè equivalente a quella della cartella originaria, sorpresi? Non dovreste, il formato jpeg è già un formato fortemente compresso, non puoi ridurlo ulteriormente (se non di pochi byte); adesso fermatevi a guardare e riflettete sulla qualità delle immagini contenute nella vostra cartella rispetto alla quantità di spazio occupato, beh credo che anche voi come me state pensando che non è affatto male questo standard jpeg.
E voi cosa ne pensate? V'invito a dire la vostra tramite lo spazio dei commenti, ogni contributo è ben accetto.