JPEG XL คืออะไร ? รู้จักมาตรฐานไฟล์ภาพ ที่กินพื้นที่น้อย แต่คุณภาพยังคงสูง

JPEG XL คืออะไร ?

ในยุคที่ภาพถ่ายมีความละเอียดสูงขึ้นเรื่อย ๆ นั่นหมายความว่าตัวไฟล์ก็จะมีขนาดใหญ่ขึ้นตามไปด้วย แต่ในการแชร์ไฟล์ หรือนำไฟล์ไปใช้งานต่อ ผู้ใช้ย่อมต้องการทั้งความเร็ว และคุณภาพ ฟอร์แมตภาพแบบดั้งเดิมอย่าง ไฟล์ JPEG เริ่มมีข้อจำกัดในการนำไปใช้งานต่อ ไม่ว่าจะเป็นเรื่อง Dynamic Range, ความคมชัด และขนาดไฟล์ที่ใหญ่เกินไป เมื่อเทียบกับความต้องการของผู้ใช้งานยุคใหม่

นี่คือจุดที่ JPEG XL (JXL) ได้เข้ามาเป็นตัวเปลี่ยนเกม มันถูกออกแบบมาเพื่อเป็นฟอร์แมตรุ่นใหม่ที่แก้ปัญหาของฟอร์แมต JPEG เดิม โดยให้คุณภาพสูงกว่า รองรับทั้ง Lossy Compression และ Lossless Compression และยังสามารถรวมความสามารถของ JPEG + RAW ไว้ในไฟล์เดียวได้ ทำให้ในการใช้งานไม่จำเป็นต้องเก็บไฟล์ภาพหลายเวอร์ชันอีกต่อไป

บทความนี้ มารู้จักกับฟอร์แมต JPEG XL ว่ามันคืออะไร ? แตกต่าง และดีกว่าฟอร์แมตดั้งเดิมอย่าง JPEG อย่างไรบ้าง ?

ภาพจาก : https://jpegxl.info/

JPEG XL คืออะไร ? (What is JPEG XL ?)

ฟอร์แมต JPEG XL หรือเรียกสั้นๆ ว่า JXL เป็นรูปแบบไฟล์ภาพที่รองรับการบีบอัดข้อมูลทั้งแบบ Lossy (สูญเสียรายละเอียดบางส่วน) และ Lossless (ไม่สูญเสียรายละเอียดเลย) โดยไฟล์ฟอร์แมตนี้เกิดจากการพัฒนาร่วมกันระหว่างกลุ่ม Joint Photographic Experts Group (JPEG), Google และ Cloudinary อีกทั้งยังเป็นมาตรฐานแบบเปิดที่ใช้งานได้ฟรี ตามข้อกำหนด ISO/IEC 18181

JPEG XL เป็นฟอร์แมตที่มีคุณสมบัติหลากหลาย และได้รับการปรับแต่งมาเป็นพิเศษสำหรับการแสดงผลบนหน้าเว็บไซต์แบบ Responsive ช่วยให้การแสดงผลเนื้อหาออกมาดีไม่ว่าจะแสดงผลบนอุปกรณ์หน้าจอขนาดไหนก็ตาม นอกจากนี้ ยังมีคุณสมบัติใหม่เพิ่มเข้ามาหลายอย่างที่ถูกยกระดับจากฟอร์แมตดั้งเดิมอย่าง JPEG อีกด้วย

ที่มาของชื่อฟอร์แมต JPEG XL มาจาก

• JPEG (Joint Photographic Experts Group) ซึ่งเป็นคณะกรรมการผู้ออกแบบ และดูแลมาตรฐาน
• X หมายถึงชุดมาตรฐานการเข้ารหัสภาพที่เผยแพร่ตั้งแต่ปี ค.ศ. 2000 (พ.ศ. 2543) เป็นต้นมา เช่น JPEG XT/XR/XS
• L ย่อมาจาก "Long-term" (ระยะยาว) ซึ่งเน้นย้ำถึงความตั้งใจที่จะสร้างรูปแบบไฟล์ที่มีอายุการใช้งานยาวนาน และรองรับอนาคต เพื่อมาแทนที่มาตรฐาน JPEG/JFIF เดิม

ฟอร์แมต JPEG XL ในทางเทคนิคแล้ว จะสามารถลดขนาดไฟล์ได้ประมาณ 60% เมื่อเทียบกับฟอร์แมต JPEG ที่มีคุณภาพการแสดงผลเท่ากัน โดยลดลง 20% สำหรับการแปลง JPEG แบบไม่สูญเสียข้อมูล (Lossless Transcoding) และเล็กกว่าฟอร์แมตของ ไฟล์ PNG ประมาณ 35% หรือ 50% สำหรับภาพ HDR ซึ่งถือว่าเป็นการลดขนาดที่มีนัยสำคัญมาก และที่สำคัญ JPEG XL ยังรองรับการทำงานย้อนหลัง (Backwards Compatible) ได้อีกด้วย

ภาพจาก : https://jpegxl.info/

ฟอร์แมต JPEG XL ถูกออกแบบมาด้วยหลักเกณฑ์ 3 ประการ คือ

• ความซื่อตรงต่อภาพต้นฉบับ (High Fidelity To The Source Image)
• ความเร็วในการเข้ารหัส และถอดรหัส (Encoding/Decoding Speed)
• อัตราการบีบอัด (Compression Ratio) โดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 20:1 ถึง 50:1

JPEG XL มีการแบ่งข้อกำหนดมาตรฐานออกเป็น 4 ส่วน ประกอบด้วย

• Core Coding System : กำหนด Codestream, ตัวถอดรหัส JPEG XL ซึ่งใช้สำหรับการเข้ารหัสแบบสูญเสีย (Lossy), ไม่สูญเสีย (Lossless) และการบีบอัดซ้ำแบบไม่สูญเสียของภาพ
• File format : ระบุรูปแบบไฟล์ที่ขยายได้แบบ Box Based ซึ่งเพิ่มการรองรับ เมทาดาต้า (Metadata) เช่น EXIF และ JUMBF และข้อมูลการสร้างบิตสตรีม JPEG แบบดั้งเดิม
• Conformance Testing : จัดเตรียมวัสดุทดสอบ (Test Material) และขั้นตอนเพื่อยืนยันการทำงานของตัวถอดรหัสให้สอดคล้องกับข้อกำหนดมาตรฐาน
• Reference Software : จัดเตรียมเอกสารอ้างอิงฟอร์แมต JPEG XL แบบ โอเพ่นซอร์ส (Open Source), ฟรี และไม่มีค่าลิขสิทธิ์ มีให้ใช้งานบน GitHub ด้วย

คุณสมบัติของ JPEG XL (Key Features of JPEG XL)

ฟอร์แมต JPEG XL มีคุณสมบัติที่มุ่งเน้นทั้งการส่งข้อมูลผ่านเว็บไซต์อยู่หลายอย่าง นอกจากนี้ยังมีคุณสมบัติสำหรับการแก้ไขภาพ และการพิมพ์ดิจิทัล เช่น การรองรับหลายเลเยอร์ (Layers), ระบบสี CMYK ฯลฯ

โดยคุณสมบัติหลักมีดังนี้

การบีบอัด (Compression)

• รองรับการเข้ารหัสแบบไม่สูญเสียรายละเอียด (Lossless) โดยรองรับทุกช่องสัญญาณข้อมูล รวมถึงช่องอัลฟา (Alpha) สำหรับภาพแบบโปร่งใส
• รองรับทั้งภาพถ่าย และภาพกราฟิก มีโหมดการทำงานสองโหมดที่เสริมกัน ซึ่งสามารถเลือกใช้ได้ตามความเหมาะสมของเนื้อหาในภาพ
• ประสิทธิภาพการประมวลผลสูง สามารถเข้ารหัส และถอดรหัสได้รวดเร็ว โดยไม่ต้องใช้ฮาร์ดแวร์เฉพาะทางช่วย JPEG XL มีความเร็วในการทำงานใกล้เคียงกับ JPEG แบบเก่า ที่ใช้ ไลบรารี (Library) libjpeg-turbo และเร็วกว่าการประมวลผล HEIC ที่ใช้ x265 เป็นอย่างมาก
• รองรับการประมวลผลแบบขนาน (Parallelizable) ช่วยให้ทำงานได้เร็วขึ้นเมื่อ ทำงานบน หน่วยประมวลผลกาง (CPU) ที่มีหลายคอร์

ภาพจาก : https://petapixel.com/2024/10/02/jpeg-xl-what-it-is-and-why-you-should-care/

การลดขนาดข้อมูล (Data Reduction)

• การบีบอัดแบบสูญเสียรายละเอียด (Lossy) ทำได้ผ่านการกำหนดค่า Quantization ของสัมประสิทธิ์การแปลงข้อมูล
• ความแม่นยำสูง สามารถรักษาความใกล้เคียง กับภาพต้นฉบับได้ดีเยี่ยม
• คุณภาพลดลงอย่างเป็นธรรมชาติ (Graceful Degradation) แม้จะใช้บิตเรต (Bitrate) ต่ำ แต่คุณภาพจะค่อย ๆ ลดลงอย่างเป็นธรรมชาติ ไม่แตกเป็นบล็อกชัดเจนเหมือนฟอร์แมตเก่า
• ตัวเข้ารหัสอ้างอิงที่ปรับแต่งตามการมองเห็น ใช้ Color Space และการปรับค่าตามลักษณะการมองเห็นของมนุษย์

ขนาด และขีดจำกัดที่รองรับอนาคต

• ความละเอียดสูงพิเศษ รองรับภาพได้ถึงระดับ 1 เทราพิกเซล 
• ความแม่นยำของข้อมูล (Sample Precision) สูงถึง 32 บิต เหมาะสำหรับเนื้อหา HDR
• จำนวนช่องสัญญาณ (Channels) รองรับสูงสุดถึง 4,099 ช่อง ไม่ว่าจะเป็นภาพขาวดำ (1 ช่อง), RGB (3 ช่อง) หรือ CMYK (4 ช่อง) ส่วนที่เหลือสามารถใช้เก็บข้อมูลเสริม เช่น ความโปร่งใส (Alpha), ข้อมูลความลึก (Depth) หรือข้อมูลความร้อน (Thermal)
• การจัดการเฟรม (Frames) รองรับหลายเฟรม ทั้งแบบภาพเคลื่อนไหว หรือแบบเลเยอร์สำหรับงานกราฟิก
• ออกแบบมาเพื่อรองรับขอบเขตสีที่กว้าง (Wide Color Gamut) และ HDR อย่างราบรื่น เช่น มาตรฐาน Rec. 2100

โครงสร้างข้อมูล (Data Structuring)

• Tiles สามารถแบ่งภาพขนาดใหญ่ออกเป็นส่วนย่อย ๆ เพื่อประมวลผลแยกกัน หรือทำงานแบบขนานได้
• Progressive Decoding เป็นโหมดที่ออกแบบมาเพื่อการโหลดภาพบนเว็บแบบ Responsive โดยภาพจะค่อย ๆ ชัดขึ้นตามความละเอียดของอุปกรณ์ที่ใช้ดู

เส้นทางการอัปเกรด (Upgrade path)

• การแปลงฟอร์แมต JPEG (JPEG Transcoding) เนื่องจากมันเป็นส่วนขยายของ JPEG (Superset) ทำให้สามารถบีบอัดไฟล์ JPEG เดิมใหม่แบบ Lossless โดยได้พื้นที่คืนมาประมาณ 20% โดยที่สามารถแปลงกลับเป็นไฟล์ JPEG เดิมได้ทันที และยังสามารถเพิ่มลูกเล่นใหม่ ๆ เช่น ช่องความโปร่งใส (Alpha) เข้าไปในไฟล์เดิมได้ด้วย
• ต่อยอดได้ (Extensible) โครงสร้างฟอร์แมตออกแบบมาอย่างเปิดกว้าง สำหรับการเพิ่มฟีเจอร์ใหม่ๆ ในอนาคต

อิสระในการใช้งาน (Freedom To Use)

• ไม่มีค่าลิขสิทธิ์ (Royalty-Free) ไม่ต้องเสียค่าธรรมเนียมในการใช้งานสิทธิบัตรซอฟต์แวร์ที่เกี่ยวข้อง
• เป็นโอเพ่นซอร์ส มีซอฟต์แวร์อ้างอิงที่พร้อมใช้งานจริงบน GitHub ภายใต้สัญญาอนุญาตแบบเสรี BSD 3-clause License

ประวัติความเป็นมาของ JPEG XL (History of JPEG XL)

ปี ค.ศ. 2015 (พ.ศ. 2558)

Jon Sneyers จากบริษัท Cloudinary ได้เผยแพร่ฟอร์แมต Free Lossless Image Format (FLIF) โดยใช้มันเป็นพื้นฐานสำหรับการสร้างมาตรฐานที่เรียกว่า Free Universal Image Format (FUIF) ซึ่งสิ่งนี้ ในภายหลังได้นำไปสู่โหมด "Modular" ของ JPEG XL

ปี ค.ศ. 2017 (พ.ศ. 2560)

ทีมวิจัยด้านการบีบอัดข้อมูลของ Google ที่เมืองซูริก ได้เผยแพร่ฟอร์แมต PIK ซึ่งเป็นต้นแบบของโหมดการเข้ารหัสแบบ Frequency Transform

ปี ค.ศ. 2018 (พ.ศ. 2561)

กลุ่ม Joint Photographic Experts Group (JTC1 / SC29 / WG1) ได้ประกาศเชิญชวนให้ผู้สร้างเทคโนโลยีส่งข้อเสนอสำหรับฟอร์แมต JPEG XL มาตรฐานการเข้ารหัสภาพรุ่นถัดไป โดยในเดือนกันยายน ค.ศ. 2018 (พ.ศ. 2561) มีข้อเสนอถูกส่งเข้ามาทั้งหมด 7 ฉบับ ซึ่งคณะกรรมการได้เลือก 2 ฉบับ และมันได้กลายเป็นจุดเริ่มต้นในการพัฒนาฟอร์แมตใหม่ คือ FUIF และ PIK

ปี ค.ศ. 2019 (พ.ศ. 2562)

ในเดือนกรกฎาคม ค.ศ. 2019 (พ.ศ. 2562) คณะกรรมการได้ผสมผสานระหว่าง PIK ของ Google และ FUIF ของ Cloudinary เข้าด้วยกันออกมาเป็นฟอร์แมต JPEG XL รูปแบบไฟล์ และระบบการเข้ารหัสหลัก ได้รับการรับรองเป็นมาตรฐานอย่างเป็นทางการในปี ค.ศ. 2021 (พ.ศ. 2564)

ปัจจุบันนี้ ฟอร์แมต JPEG XL รองรับการใช้งานบน Safari, อุปกรณ์ รุ่นล่าสุดของ Apple ทั้งหมด, ลีนุกซ์ (Linux), และซอฟต์แวร์กราฟิกอย่างเช่น GIMP, Krita Studio และ Adobe Lightroom ฯลฯ

ทำไม JPEG XL ไม่ได้รับความนิยม ? (Why is JPEG XL not seeing widespread adoption ?)

ถ้าฟอร์แมต JPEG XL ดีขนาดนั้น ทำไมมันถึงยังไม่ถูกใช้งานกันอย่างแพร่หลาย หนำซ้ำ ในปี ค.ศ. 2022 (พ.ศ. 2565) Chrome ยังได้ถอดการรองรับ JPEG XL ออกไปอีกต่างหาก เพราะพวกเขาไม่คิดว่ามันจะเป็นอนาคต หนึ่งในผู้สร้าง JPEG XL อย่าง Jon Sneyers ได้เผยว่าการตัดสินใจนั้นเกิดขึ้นหลังจากผลการทดสอบบางอย่าง ซึ่งทำให้นักพัฒนามองว่าไม่คุ้มที่จะพัฒนาให้มันรองรับ

และเนื่องจาก Chrome เป็น เว็บเบราว์เซอร์ (Web Browser) ที่ได้รับความนิยมมากที่สุด การที่ Google ไม่สนับสนุนจึงทำให้การประยุกต์ใช้ฟอร์แมต JPEG XL เป็นไปอย่างล่าช้า จนกระทั่ง ภายหลัง Apple ได้เพิ่มการรองรับฟอร์แมต JPEG XL บนอุปกรณ์ของบริษัท ความนิยมถึงได้เพิ่มมากขึ้น