ไฟล์กราฟิกแบบโปรเกรสซีฟ

พีจีเอฟ
นามสกุลไฟล์	.pgf
สื่อประเภทอินเทอร์เน็ต	ภาพ/x-pgf
เลขมหัศจรรย์	504746h ( ASCII PGF )
พัฒนาโดย	บริษัท xeraina GmbH
การเผยแพร่ครั้งแรก	2000 ( 2000 )
รุ่นล่าสุด	21 กรกฎาคม2021 ( 2021 )
ประเภทของรูปแบบ	รูปแบบภาพบิตแมป แบบเวฟเล็ต
ขยายจาก	JPEG , PNG
รูปแบบเปิด ?	LGPLv2 [ 1 ]

PGF ( Progressive Graphics File ) เป็นรูปแบบไฟล์ภาพบิตแมปแบบใช้เวฟเล็ตซึ่งใช้การบีบอัดข้อมูลทั้งแบบไม่สูญเสียและ แบบสูญเสียบางส่วน PGF ถูกสร้างขึ้นเพื่อปรับปรุงและทดแทน รูปแบบ JPEGโดยได้รับการพัฒนาในช่วงเวลาเดียวกับJPEG 2000แต่เน้นที่ความเร็วมากกว่าอัตราการบีบอัด

PGF สามารถทำงานได้ที่อัตราการบีบอัดที่สูงขึ้นโดยไม่ต้องใช้เวลาในการเข้ารหัส/ถอดรหัสมากขึ้น และไม่ก่อให้เกิดสิ่งแปลกปลอมที่ เป็นลักษณะเฉพาะของ "บล็อกและเบลอ" ของมาตรฐาน JPEG ที่ใช้DCT ดั้งเดิม ^{[ 2 ]}นอกจากนี้ยังช่วยให้สามารถดาวน์โหลดแบบโปรเกรสซีฟ ที่ซับซ้อนยิ่งขึ้น ได้

PGF รองรับโมเดลสีที่หลากหลาย:

• ภาพขาวดำที่มีความละเอียด 1, 8, 16 หรือ 31 บิตต่อพิกเซล
• สีแบบดัชนีที่มีขนาดพาเลท 256
• ภาพสี RGBที่มีจำนวนบิตต่อพิกเซล 12, 16 (สีแดง: 5 บิต, สีเขียว: 6 บิต, สีน้ำเงิน: 5 บิต), 24 หรือ 48 บิต
• ภาพสี ARGBที่มี 32 บิตต่อพิกเซล
• ภาพสี L*a*bที่มีความละเอียด 24 หรือ 48 บิตต่อพิกเซล
• ภาพสี CMYKที่มีความละเอียด 32 หรือ 64 บิตต่อพิกเซล

PGF อ้างว่าให้คุณภาพการบีบอัดที่ดีกว่า JPEG โดยเพิ่มหรือปรับปรุงคุณสมบัติต่างๆ เช่น ความสามารถในการปรับขนาด ประสิทธิภาพการบีบอัดของ PGF นั้นคล้ายคลึงกับมาตรฐาน JPEG ดั้งเดิม นอกจากนี้ PGF ยังรองรับอัตราการบีบอัดที่ต่ำมากและสูงมาก (รวมถึงการบีบอัดแบบไม่สูญเสียข้อมูล ) ความสามารถในการจัดการช่วงอัตราบิตที่มีประสิทธิภาพที่กว้างมากเป็นจุดแข็งอย่างหนึ่งของ PGF ตัวอย่างเช่น เพื่อลดจำนวนบิตสำหรับรูปภาพให้ต่ำกว่าจำนวนที่กำหนด วิธีที่แนะนำในมาตรฐาน JPEG แรกคือการลดความละเอียดของภาพอินพุตก่อนเข้ารหัส ซึ่งโดยปกติแล้วไม่จำเป็นต้องทำเช่นนั้นเมื่อใช้ PGF เนื่องจากคุณสมบัติการปรับขนาดแบบเวฟเล็ต

กระบวนการผลิต PGF ประกอบด้วยขั้นตอนสี่ขั้นตอนดังต่อไปนี้:

1. การแปลง พื้นที่สี (ในกรณีของภาพสี)
2. การแปลงเวฟเล็ตแบบไม่ต่อเนื่อง
3. การหาปริมาณ (ในกรณีของการบีบอัดข้อมูลแบบสูญเสียข้อมูล)
4. การเข้ารหัสความยาวรันของบิตเพลน แบบลำดับชั้น

ในขั้นต้น ภาพจะต้องถูกแปลงจากพื้นที่สี RGB ไปยังพื้นที่สีอื่น ทำให้เกิดส่วนประกอบ สามส่วนที่ต้องจัดการแยกกัน PGF ใช้การแปลงสี YUVที่ดัดแปลงแล้วซึ่งสามารถย้อนกลับได้อย่างสมบูรณ์เมทริกซ์การแปลงมีดังนี้:

${\displaystyle {\begin{bmatrix}Y_{r}\\U_{r}\\V_{r}\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}{\frac {1}{4}}&{\frac {1}{2}}&{\frac {1}{4}}\\1&-1&0\\0&-1&1\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}R\\G\\B\end{bmatrix}};\qquad \qquad {\begin{bmatrix}R\\G\\B\end{bmatrix}}={\begin{bmatrix}1&{\frac {3}{4}}&-{\frac {1}{4}}\\1&-{\frac {1}{4}}&-{\frac {1}{4}}\\1&-{\frac {1}{4}}&{\frac {3}{4}}\end{bmatrix}}{\begin{bmatrix}Y_{r}\\U_{r}\\V_{r}\end{bmatrix}}}$

ส่วนประกอบของสีสามารถลดความละเอียดลงได้ แต่ไม่จำเป็นต้องทำเช่นนั้นเสมอไป

จากนั้นส่วนประกอบสีจะถูกแปลงด้วยเวฟเล็ตไปยังระดับความลึกที่กำหนด แตกต่างจาก JPEG 1992 ซึ่งใช้การแปลงโคไซน์แบบไม่ต่อเนื่อง ขนาดบล็อก 8x8 PGF ใช้การแปลงเวฟเล็ตแบบย้อนกลับได้หนึ่งตัว: เวอร์ชันปัดเศษของ การแปลง เวฟเล็ต แบบไบออร์โธโกนอล CDF 5/3 ชุดตัวกรองเวฟเล็ตนี้เหมือนกับเวฟเล็ตแบบย้อนกลับได้ที่ใช้ใน JPEG 2000 ทุกประการ มันใช้สัมประสิทธิ์จำนวนเต็มเท่านั้น ดังนั้นเอาต์พุตจึงไม่จำเป็นต้องปัดเศษ (การควอนไทเซชัน) และจึงไม่ก่อให้เกิดสัญญาณรบกวนจากการควอนไทเซชัน

หลังจากทำการแปลงเวฟเล็ตแล้ว ค่าสัมประสิทธิ์จะถูกควอนไทซ์เป็นค่า สเกลาร์ เพื่อลดจำนวนบิตที่จะใช้ในการแสดงค่าเหล่านั้น โดยแลกกับการสูญเสียคุณภาพ ผลลัพธ์ที่ได้คือชุดของจำนวนเต็มซึ่งจะต้องถูกเข้ารหัสทีละบิต พารามิเตอร์ที่สามารถเปลี่ยนแปลงได้เพื่อกำหนดคุณภาพสุดท้ายคือขั้นตอนการควอนไทซ์: ยิ่งขั้นตอนมากขึ้น การบีบอัดและการสูญเสียคุณภาพก็จะยิ่งมากขึ้น หากขั้นตอนการควอนไทซ์เท่ากับ 1 จะไม่มีการควอนไทซ์เกิดขึ้น (ใช้ในการบีบอัดแบบไม่สูญเสียข้อมูล) แตกต่างจาก JPEG 2000 PGF ใช้เฉพาะกำลังของสองเท่านั้น ดังนั้นค่าพารามิเตอร์iจึงแสดงถึงขั้นตอนการควอนไทซ์เท่ากับ 2i ^การใช้เพียงกำลังของสองทำให้ไม่จำเป็นต้องใช้การคูณและการหารจำนวนเต็ม

ผลลัพธ์จากกระบวนการก่อนหน้านี้คือชุดของแถบย่อยซึ่งแสดงถึงระดับการประมาณค่าหลายระดับ แถบย่อยคือชุดของสัมประสิทธิ์ซึ่งเป็นจำนวนเต็มที่แสดงถึงลักษณะของภาพที่เกี่ยวข้องกับช่วงความถี่และพื้นที่เชิงพื้นที่ของภาพ

แถบย่อยที่ถูกควอนไทซ์จะถูกแบ่งออกเป็นบล็อก เพิ่มเติม ซึ่งเป็นบริเวณรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าในโดเมนเวฟเล็ต โดยทั่วไปแล้วจะเลือกบล็อกเหล่านี้ในลักษณะที่ค่าสัมประสิทธิ์ภายในบล็อกเหล่านั้นในแถบย่อยต่างๆ จะก่อตัวเป็นบล็อกเชิงพื้นที่โดยประมาณในโดเมนภาพ (ที่สร้างขึ้นใหม่) และรวบรวมไว้ในมาโครบล็อกที่มี ขนาดคงที่

ตัวเข้ารหัสจะต้องเข้ารหัสบิตของสัมประสิทธิ์ที่ถูกควอนไทซ์ทั้งหมดของมาโครบล็อก โดยเริ่มจากบิตที่มีความสำคัญที่สุดและค่อยๆ ไล่ไปจนถึงบิตที่มีความสำคัญน้อยลง ในกระบวนการเข้ารหัสนี้ แต่ละบิตเพลนของมาโครบล็อกจะถูกเข้ารหัสในสองรอบการเข้ารหัส โดยรอบ แรกคือการเข้ารหัสบิตของสัมประสิทธิ์ที่มีความสำคัญ จากนั้นจึงเป็นการปรับปรุงบิตของสัมประสิทธิ์ที่มีความสำคัญ เห็นได้ชัดว่าในโหมดไม่สูญเสียข้อมูล บิตเพลนทั้งหมดจะต้องถูกเข้ารหัส และไม่สามารถตัดบิตเพลนใดๆ ทิ้งได้

เฉพาะสัมประสิทธิ์ที่มีนัยสำคัญเท่านั้นที่จะถูกบีบอัดด้วยตัวเข้ารหัสแบบปรับได้ตามความยาวลำดับ/ไรซ์ (RLR) เนื่องจากสัมประสิทธิ์เหล่านั้นมีค่าศูนย์เรียงกันเป็นแถวยาว ตัวเข้ารหัส RLR ที่มีพารามิเตอร์k (ความ ยาว เชิงลอการิทึมของแถวศูนย์) เรียกอีกอย่างว่ารหัสโกลอมบ์พื้นฐานอันดับ^2k

• JPEG 2000มีประสิทธิภาพด้านพื้นที่มากกว่าเล็กน้อยในการจัดการภาพธรรมชาติค่า PSNRสำหรับอัตราส่วนการบีบอัดเดียวกันโดยเฉลี่ยดีกว่าค่า PSNR ของ PGF 3% มีข้อได้เปรียบเล็กน้อยในด้านอัตราส่วนการบีบอัด แต่ใช้เวลาในการเข้ารหัสและถอดรหัสนานกว่า ^{[ 2 ]}
• PNG (Portable Network Graphics) มีประสิทธิภาพด้านพื้นที่จัดเก็บมากกว่าในการจัดการภาพที่มีพิกเซลสีเดียวกันจำนวนมาก

มีข้อดีหลายประการที่ PGF อ้างว่าเหนือกว่ามาตรฐาน JPEG ทั่วไป: ^{[ 2 ]}

• ประสิทธิภาพการบีบอัดที่เหนือกว่า : คุณภาพของภาพ (วัดด้วยค่า PSNR ) สำหรับอัตราส่วนการบีบอัดเดียวกันนั้น โดยเฉลี่ยแล้วดีกว่าค่า PSNR ของ JPEG ถึง 3% ที่อัตราบิตต่ำ (เช่น น้อยกว่า 0.25 บิต/พิกเซล สำหรับภาพขาวดำ) PGF มีข้อได้เปรียบที่สำคัญกว่า JPEG ในบางโหมดมาก: สิ่งผิดปกติปรากฏให้เห็นน้อยลง และแทบไม่มีการแบ่งบล็อก ข้อดีของการบีบอัดที่เหนือกว่า JPEG นั้นเกิดจากการใช้DWT
• การแสดงผลความละเอียดหลายระดับ : PGF ให้การบีบอัดข้อมูลภาพหลายส่วนได้อย่างราบรื่น โดยแต่ละส่วนจะเก็บข้อมูลได้ตั้งแต่ 1 ถึง 31 บิตต่อตัวอย่างข้อมูล ด้วยคุณสมบัตินี้ จึงไม่จำเป็นต้องจัดเก็บภาพตัวอย่าง ( ภาพขนาดย่อ ) แยกต่างหาก
• การส่งข้อมูลแบบก้าวหน้าตามความแม่นยำของความละเอียด หรือที่เรียกกันทั่วไปว่าการถอดรหัสแบบก้าวหน้า: PGF จัดการสตรีมรหัสอย่างมีประสิทธิภาพซึ่งเป็นแบบก้าวหน้าตามความละเอียด ด้วยวิธีนี้ หลังจากได้รับข้อมูลส่วนเล็กๆ ของไฟล์ทั้งหมดแล้ว คุณภาพของภาพสุดท้ายอาจต่ำลง แต่คุณภาพจะดีขึ้นเรื่อยๆ เมื่อได้รับข้อมูลจากแหล่งที่มามากขึ้น
• การบีบอัดแบบไม่สูญเสียข้อมูลและแบบสูญเสียข้อมูล : PGF ให้การบีบอัดทั้งแบบไม่สูญเสียข้อมูลและแบบสูญเสียข้อมูลในสถาปัตยกรรมการบีบอัดเดียว การบีบอัดทั้งสองแบบนี้ทำได้โดยการใช้การแปลงเวฟเล็ตแบบย้อนกลับได้ (จำนวนเต็ม)
• ข้อมูลเชิงพื้นที่ของช่องสัญญาณด้านข้าง : รองรับความโปร่งใสและระนาบอัลฟาอย่างสมบูรณ์
• การสกัด ROI : ตั้งแต่เวอร์ชัน 5 เป็นต้นมา PGF รองรับการสกัดพื้นที่ที่สนใจ ( ROI ) โดยไม่ต้องถอดรหัสภาพทั้งหมด

ผู้เขียนเผยแพร่libPGFผ่านSourceForgeภายใต้สัญญาอนุญาตGNU Lesser General Public Licenseเวอร์ชัน 2.0 ^{[ 1 ]} Xeraina ให้บริการตัวเข้ารหัสและถอดรหัสคอนโซล Windows ฟรี และโปรแกรมดู PGF ที่ใช้ WICสำหรับแพลตฟอร์ม Windows 32 บิตและ 64 บิต แอปพลิเคชัน WIC อื่นๆ รวมถึง File Explorer สามารถแสดงภาพ PGF ได้หลังจากติดตั้งโปรแกรมดูนี้^{[ 3 ]}

Digikamเป็นซอฟต์แวร์แก้ไขและจัดระเบียบภาพแบบโอเพนซอร์สยอดนิยมที่ใช้libPGFสำหรับภาพขนาดย่อ โดยใช้คุณสมบัติการถอดรหัสแบบก้าวหน้าของภาพ PGF เพื่อจัดเก็บภาพขนาดย่อแต่ละภาพในรูปแบบเดียว จากนั้นจึงถอดรหัสเป็นความละเอียดต่างๆ ได้โดยไม่สูญเสียคุณภาพ ทำให้ผู้ใช้สามารถเปลี่ยนขนาดของภาพขนาดย่อได้อย่างไดนามิกโดยไม่ต้องคำนวณใหม่

• การเปรียบเทียบรูปแบบไฟล์กราฟิก
• รูปแบบไฟล์ภาพกราฟิกที่เกี่ยวข้อง: ECW , JPEG , JPEG 2000 , JPEG XR
• รูปแบบไฟล์ภาพ
• การบีบอัดภาพ

นามสกุลไฟล์.pgfและตัวย่อTLA PGFยังถูกนำไปใช้ในวัตถุประสงค์อื่นที่ไม่เกี่ยวข้องอีกด้วย:

• Adobe Illustratorใช้รูปแบบ Progressive Graphics Formatก่อนที่จะ ใช้ Encapsulated PostScript
• PGF/TikZใช้รูปแบบไฟล์กราฟิกแบบพกพา (Portable Graphics Format)ในโปรเจ็กต์PGFของSourceForge
• XnViewและKonvertorจะเชื่อมโยงนามสกุลไฟล์.pgfกับPortfolio Graphics