Waar blijft de opvolger van jpeg?

De 'strijd' om een nieuw beeldformaat

Inleiding

Als je een foto maakt op wat voor apparaat dan ook, wordt deze meestal opgeslagen als jpeg-bestand. Dat is de standaard die we al sinds 1992 gebruiken op camera's, smartphones en andere apparaten. In de jaren negentig was jpeg een kleine revolutie en luidde het mede de transformatie van analoog naar digitaal in. Het werd immers het standaardformaat voor foto's en ander beeldmateriaal, en dat is het anno 2018 nog steeds. Wat minder fijn is, is dat er sindsdien nauwelijks iets is veranderd. In feite werkt je smartphone en hypermoderne camera dus nog steeds met een gedateerd en technisch inferieur bestandsformaat van begin jaren negentig, en dat terwijl er juist heel veel ontwikkeling is geweest op het gebied van kwaliteit, compressie en opslagmogelijkheden. Zie het voorbeeld hieronder.

Het effect van zware compressie met jpeg (links) versus een modern hevc-compressiealgoritme: bpg

Wat is het probleem?

Er zijn nogal wat ontwikkelingen geweest op het vlak van digitale formaten. Enkele praktijkvoorbeelden zien we in de audio- en videowereld, waar de klassieke mp3's en mpeg2-bestanden niet langer alleenheerser, maar waar betere alternatieven bestaan en daadwerkelijk worden gebruikt. Denk bijvoorbeeld aan aac, ogg vorbis en flac voor audio, en mpeg4 en hevc voor video. Het jpeg-formaat heeft die ontwikkeling niet doorgemaakt en dat ligt niet aan een gebrek aan alternatieven.

Net als bij audio en video zijn er verschillende knelpunten: lossless versus lossy compressie, sterk verouderde compressiealgoritmen en een lage, 8bit-kleurdiepte. Door het eerste en laatste is de kwaliteit veel lager dan mogelijk is en door het tweede punt neemt het bestandsformaat zestig procent meer ruimte in beslag dan feitelijk nodig is. Voor het maken van foto's heb je daardoor slechts één alternatief: fotograferen in het rawformaat. Dat is echter weer onnodig groot en niet compatibel met veel apparaten en apps, waardoor je verplicht wordt de bestanden via software te bewerken en om te zetten. Voor veel mensen is dat een drempel.

Het probleem beperkt zich niet tot foto's. Ook 'animated gifs' met slechts 256 kleuren worden nog steeds op het web gebruikt, terwijl het png-formaat online veel gebruikt wordt voor transparantie, maar onnodig veel ruimte in beslag neemt door lossless compressie.

Een nieuwere jpeg-versie, die nu al bestaat, zou het beste van beide werelden zijn; een modern bestandsformaat dat weinig ruimte in beslag neemt en maximale kwaliteit biedt, ook voor beeldbewerking. Verderop in dit artikel leggen we uit wat dit nieuwe jpeg-formaat zoal kan en welke alternatieven er nog meer zijn, maar eerst gaan we iets dieper in op de manco's van het huidige jpeg-formaat.

Compressie en kleurdiepte

Aan de huidige jpeg-standaard kleven twee grote nadelen. Het bestandsformaat dat in camera's en smartphones wordt toegepast, gebruikt een zwaar verouderde compressievorm. Iedere keer dat je een jpeg-bestand opnieuw opslaat, wordt opnieuw compressie toegepast en gaat er beeldinformatie, lees: beeldkwaliteit, verloren.

Compressie

Er bestaan twee soorten compressie: lossless en lossy. Beide hebben als doel om de bits en bytes zo efficiënt mogelijk op te slaan, zonder dat onnodig veel ruimte wordt gebruikt. Lossless werkt als een zipbestand; data wordt op een slimme manier efficiënt opgeslagen. Stel je hebt de volgende tekst: aaaaabbbccccccccccccccc. Dit kun je letterlijk zo opschrijven, maar ook als a5b3c15. Dat laatste neemt veel minder ruimte in beslag. Bij lossless compressie is wel sprake van compressie, oftewel het kleiner maken van het bestand, maar blijft alle data intact. Je kunt een bestand dus kleiner maken zonder kwaliteitsverlies, omdat je altijd het origineel kunt reconstrueren. Dit is hoe raw, met dng als voorbeeld, over het algemeen werkt; alle beeldinformatie blijft behouden.

Een concreet voorbeeld van de gevolgen van compressie. De linkerfoto is het origineel en bevat weinig compressie. De rechterfoto bevat veel compressie, wat duidelijk is terug te zien aan de kleurgradaties in de lucht en de blokcompressie in de muur.

Lossy compressie, die voor het jpeg-, maar ook voor het mp3-formaat wordt gebruikt, is een vorm van destructieve compressie, want hierbij wordt 'overtollige' informatie weggegooid. Een blauwe lucht ziet er voor onze ogen egaal uit, wat je kunt opvatten als oneindig veel tinten blauw. Er kan best een aantal tinten blauw verdwijnen zonder dat we verschil merken. Als de lucht tot één tint blauw wordt gereduceerd, zouden we dat zien, maar niet als het een paar duizend tinten minder zijn of de compressie slim wordt ingezet. Bij jpeg wordt de compressie in blokken van 8x8 pixels toegepast, wat ook zichtbaar is in de afbeelding hierboven.

Lossy compressie scheelt enorm in de omvang van een beeldbestand. Waar een omgecomprimeerde foto 60MB groot kan zijn en lossless gecomprimeerd 40MB, kan dat bij jpeg worden gereduceerd tot slechts 6MB of minder. Dat scheelt dus een factor tien, waardoor meer foto's in het geheugen of op een sd-kaartje passen. Vroeger was dat pure noodzaak, want de geheugenopslag was beperkt. Tegenwoordig is dit minder belangrijk, want geheugen is goedkoop geworden. Hoewel je vaak de mate van compressie kunt instellen, gebruiken smartphones en camera's nog steeds de jpeg-standaard uit 1992, terwijl er tegenwoordig betere alternatieven zijn, met slimmere compressie en een grotere kleurdiepte. Bovendien, telkens als je het bestand opnieuw opslaat, wordt opnieuw compressie toegepast en gaat dus weer beeldinformatie verloren. Met lossy compressie neemt de beeldkwaliteit dus altijd af.

Bits, kleurdiepte en dynamisch bereik

Los van kleurverlies door compressie gebruikt jpeg slechts 8bit-kleurinformatie, tegenover 12bit tot 16bit in tiff en raw. Dat verschil is enorm. Zoals je weet, worden gegevens bewaard als enen en nullen. Een foto met een bitdiepte van 1 zou bestaan uit 0 en 1, oftewel van iedere pixel zou simpelweg vastgelegd kunnen worden of hij zwart of wit is. Reken dat door en dan besef je dat je met 8bit alle combinaties krijgt met een numerieke schaal van 0 tot en met 255, oftewel 256 helderheidsgradaties per kleurkanaal. Met drie kleurkanalen, rgb, betekent dat dus een weergave van in totaal 16,7 miljoen verschillende kleurtinten: r256xg256xb256.

Dat lijkt heel wat en het is voor normaal gebruik ook prima, maar voor beeldbewerking is het niet optimaal, omdat niet alle kleurgradaties worden vastgelegd, nog los van eventuele schadelijke compressie. Een 8bit-bestand, zoals jpeg, kan maximaal circa acht stops aan dynamisch bereik vastleggen. Een moderne camerasensor is in staat om 10bit tot 14bit aan dynamisch bereik vast te leggen, dus is het zonde dat een groot deel daarvan simpelweg wordt weggegooid, vaak met colour banding als ongewenst resultaat. Een rawbestand kan tien à zestien stops bevatten, mede afhankelijk van de analoog-naar-digitaalconverter, die meestal 12bit tot 14bit is. Simpel samengevat: hoe meer bits, hoe groter het belichtingsbereik zonder dat colour banding optreedt.

Witbalans en ruis

Als je een foto maakt met een smartphone of fotocamera, wordt deze eerst rekenkundig onder handen genomen. Allereerst om het resultaat te optimaliseren door de kleurverzadiging en het contrast op te schroeven, het beeld te verscherpen, ruis kunstmatig te verminderen en de details in lichte en donkere delen te verbeteren. Vooral smartphones peppen foto's flink op zodat ze er beter uitzien. Bij camera's met verwisselbare lenzen is dat veel minder het geval. Hoe dan ook, het resultaat wordt uiteindelijk opgeslagen als jpeg-bestand.

Op dat moment komen de nadelen van het jpeg-bestand aan het licht, nog los van de eerder genoemde gevolgen van de lossy compressie en beperkte kleurdiepte. Het eerste nadeel is dat de witbalans vast komt te liggen. Dat kan leiden tot kleurzwemen, bijvoorbeeld te oranje of te blauw, die bij een jpeg-foto lastig te corrigeren zijn. Het tweede nadeel is dat de camera softwarematige ruisreductie toepast als een foto in een donkere omgeving is genomen. Dat filtert lelijke ruis weg, maar maakt een foto ook minder scherp. Vooral bij camera's met een kleine sensor, zoals een smartphone, zijn daar erg gevoelig voor en dat leidt dat tot minder mooie resultaten. Als je je foto's niet in jpeg, maar in raw opslaat, kun je zowel de witbalans als de ruisreductie zelf optimaliseren, bijvoorbeeld met gespecialiseerde software zoals Lightroom of Noise Ninja. Met een nieuw jpeg-formaat zou dat ook kunnen.

De eerste foto is een onbewerkte jpeg waarbij ruisreductie is toegepast. De tweede foto toont de onbewerkte rawfoto zonder ruisreductie, maar met kleurruis. De laatste is een door ons bewerkte rawfoto.

Witbalans

Dankzij extra kleurgradaties en niet-gecomprimeerde beeldinformatie van het rawformaat kun je zonder kwaliteitsverlies achteraf de witbalans aanpassen. Een verkeerde witbalans is een van de meest voorkomende 'fouten' van digitale camera's. Dit wordt veroorzaakt doordat de camera de witbalans verkeerd inschat, met name door kunstlicht. Zonlicht heeft gedurende de dag steeds een andere kleurtemperatuur en ook kunstlicht is per type lichtbron, van gloeilamp, via tl-buis tot kaars, verschillend. Een stuk wit papier ziet er daardoor steeds een beetje anders uit. Het menselijke gezichtsvermogen corrigeert dit kleurverschil automatisch, waardoor een kleurafwijking ons niet of nauwelijks opvalt. Een camera is minder goed in staat om kleurafwijkingen te constateren en herstellen, al wordt de automatische witbalans wel steeds beter.

Kleurzwemen komen vooral voor in een omgeving met verschillende lichtbronnen, zoals een stad in het donker waarbij verschillende soorten kunstlicht door elkaar worden gebruikt: wit, blauw en geel. Dat soort beelden wordt meestal erg warm, oftewel oranje. Dat is te voorkomen door vooraf de juiste witbalans in te stellen, wat op de meeste smartphones standaard kan in de camera-app, al dan niet in de 'pro'-stand. Als je echter in raw hebt gefotografeerd, kan het ook achteraf, bijvoorbeeld in Lightroom (Mobile). Je kunt dus achteraf nog kiezen voor een voorgeprogrammeerde witbalans of deze zelf heel nauwkeurig instellen met een bepaalde kleurtemperatuur, uitgedrukt in kelvin.

Hieronder zie je een praktijkvoorbeeld. De eerste foto toont de originele, onbewerkte foto, waarbij de witbalans duidelijk te warm is. Bovendien bevat de foto overbelichte delen door felle lampen. De jpeg-versie van deze foto is gedeeltelijk te verbeteren, maar door de correctie van de oranje kleurzweem worden bepaalde delen juist iets te blauw. De hooglichten laten zich redelijk corrigeren, maar overbelichte delen kunnen hooguit grijs worden. In de rawversie zijn de witbalans en de overbelichte delen gecorrigeerd.

De originele foto is veel te oranje geworden doordat de witbalans zich liet beïnvloeden door het kunstlicht. Tegelijk zijn bepaalde delen van de foto overbelicht door felle lampen. Dit hebben we geprobeerd te corrigeren met zowel een jpeg- als een rawbestand.

Dynamisch bereik jpeg versus raw

De compressie en de beperkte kleurdiepte hebben ook grote gevolgen voor beeldbewerking. Een rawbestand bevat dus het maximale dynamische bereik, waardoor je veel meer bewerkingsmogelijkheden hebt. Zo kun je vrijwel zonder kwaliteitsverlies de belichting twee stops bijstellen of de schaduwen en hooglichten aanpassen, waardoor meer details in donkere en lichte gebieden zichtbaar worden. Bij jpeg-foto's is die beeldinformatie simpelweg niet aanwezig. Een ander voordeel van raw is dat je ongestraft achteraf de witbalans van een foto kunt aanpassen en dus heel eenvoudig kleurafwijkingen kunt neutraliseren.

Een concreet voorbeeld? Stel je wilt details van een overbelichte lucht redden. Dan heeft dat bij jpeg maar een beperkt effect. Bepaalde kleurgradaties zijn immers verloren gegaan door de compressie en die krijg je niet terug. Simpel gesteld: als witte lucht honderd procent wit is, wat bij overbelichting het geval is, dan kun je hier niets meer uithalen. De lucht kan alleen egaal grijs worden, maar dat ziet er niet uit. Als je foto opgeslagen is in raw, is de succeskans een stuk hoger. Dat zit hem dus in een combinatie van compressie en bitdiepte. De ruwe beeldinformatie die in het rawbestand is opgeslagen, bevat meer bruikbare beeldinformatie, die bij dergelijke beeldbewerking goud waard is. Dat is in de foto's hieronder ook goed te zien.

Een lastige lichtsituatie, in deze volgorde: het origineel, de bewerkte jpeg en de bewerkte raw (Samsung Galaxy S7)

De bovenstaande foto's tonen een lastige lichtsituatie in klassieke vorm. Er is sprake van een donkere voorgrond, met op de achtergrond donkere bewolking waar de zon doorheen schijnt, met een reflectie daarvan op het water. Dat is voor een camera een vrijwel onmogelijke situatie om goed te belichten. Als je de belichting afstemt op de voorgrond, wordt de lucht overbelicht; stem je af op de lucht, dan blijft de voorgrond onderbelicht. Hdr is een optie, maar omdat dan drie losse foto's worden samengevoegd, kan dat leiden tot ghosting en bovendien oogt tone mapping soms wat kunstmatig.

Fotograferen in raw is een betere oplossing, omdat je dan achteraf gebruik kunt maken van het grotere dynamisch bereik en de extra kleurdiepte, zonder schadelijke compressie. Zoals je aan de tweede foto in de bovenstaande reeks kunt zien, laat de overbelichte lucht van de jpeg-versie zich niet corrigeren. Er zijn pixels die honderd procent wit zijn en deze bevatten dus onvoldoende kleurinformatie om overbelichte details zichtbaar te maken. Dat zie je in sommige beeldbewerkingsapps, Photoshop en Lightroom ook terug. Het rode deel in het screenshot hieronder bevat honderd procent witte pixels, die dus niet te corrigeren zijn.

De rode kleur toont overbelichte pixels, die honderd procent wit zijn

De derde foto toont de gecorrigeerde versie op basis van het rawbestand. De lucht laat zich hier prima corrigeren en de voorgrond kan ook goed worden opgelicht. Deze foto toont veel meer details in de lucht. Fotograferen in raw biedt je dus veel meer speelruimte om over- en onderbelichte delen in een foto te corrigeren, zonder zichtbare schade.

Raw of dng

Fotograferen in raw heeft dus grote voordelen, maar toch is het niet alleen halleluja. Naast het kwaliteitsvoordeel kleven er ook nadelen aan het gebruik van raw. Het belangrijkste is dat rawfoto's drie tot tien keer zoveel ruimte in beslag nemen als jpeg's. Hoewel opslag tegenwoordig niet duur meer is, is het voor huis-tuin-en-keukenkiekjes niet praktisch om standaard in dit formaat te fotograferen. Voor smartphones met een beperkte geheugencapaciteit en zonder uitbreidingsmogelijkheden is dat helemaal een potentieel struikelblok. Voor reguliere camera's met geheugenkaartjes met ruime capaciteit is dat minder een probleem, maar als je alleen in raw schiet, zul je de bestanden moeten omzetten voordat je ze bijvoorbeeld kunt delen op sociale media. Dat komt doordat er verschillende rawvarianten in omloop zijn; iedere camerafabrikant gebruikt een eigen rawformaat. Apps en softwarepakketten ondersteunen lang niet altijd al die verschillende formaten, dus is omzetten noodzakelijk.

Idealiter zou je dus altijd in jpeg én raw willen fotograferen. De jpeg-bestanden gebruik je dan voor het snel kunnen delen van foto's, en de rawbestanden voor het optimaal bewerken van foto's en het corrigeren van lastige lichtomstandigheden of kleurzwemen. Het overgrote nadeel daarvan is natuurlijk dat dit nóg meer ruimte in beslag neemt, terwijl je in de praktijk waarschijnlijk slechts incidenteel de rawbestanden nodig zult hebben. Zou het niet ideaal zijn als dat slechts met één modern fotoformaat zou kunnen?

Dng

Sony Xperia smartphones bieden geen ondersteuning voor raw.

Het goede nieuws is dat dit formaat er min of meer is: dng - oftewel Digital NeGative. Dit is een standaard van Adobe, bedoeld voor rawfoto's, opslagen met lossless compressie. Een dng-bestand doet geen preprocessing, oftewel het demozaïeken van de ruwe sensordata, maar converteert wel de metadata waardoor bepaalde fabrikantspecifieke informatie wordt gestandaardiseerd, oftewel weggegooid.

Een beperkt aantal fotocamera's, waaronder die van Pentax, Ricoh, Leica en in het verleden ook Samsung, ondersteunt dng. In de smartphonewereld wordt dng al langer geaccepteerd. Veel smartphonemakers bieden in hun native app de mogelijkheid om foto's in het dng-formaat op te slaan en anders zijn er nog altijd alternatieve camera-apps waarmee dat kan.

Hoewel veel programma's en besturingssystemen overweg kunnen met dng-bestanden, moet je toch nog meestal de beelden eerst omzetten in jpeg. Bijvoorbeeld als je ze op Instagram of Facebook wilt plaatsen. De meeste apps kunnen er niet direct mee overweg. Ook in dat geval zou een nieuw bestandsformaat, dat zowel lossy als lossless compressie ondersteunt, dit probleem kunnen oplossen. Mits het massaal door app- en softwaremakers wordt opgepikt.

Hoewel je bij smartphones het there's an app for that-voordeel hebt, is dit niet altijd een garantie voor succes. Android en iOS bieden tegenwoordig standaard ondersteuning voor rawbestanden, maar toch kan niet ieder toestel het. Soms zijn er hardwarematige beperkingen. Zo werkt het alleen met Apples twaalfmegapixel-sensoren die sinds de iPhone 6s worden gebruikt. Met oudere iPhones en iPads werkt het dus niet. En bij Android moet ook de smartphonemaker zelf rawondersteuning bieden, ook al kan het besturingssysteem het aan. Verschillende smartphonefabrikanten, waaronder Sony, weigeren dit al jaren. Het gevolg is dus dat raw geen optie is, ook niet met thirdparty-apps, en je overgeleverd bent aan jpeg.

Geen echt alternatief

Overigens is dng ook geen volledig alternatief voor jpeg, alleen al om het simpele feit dat het formaat lossless compressie gebruikt, waardoor bestanden vrij groot worden. De dng-standaard kan sinds enkele jaren wel overweg met lossy compressie, maar in de praktijk alleen door rawbestanden te converteren naar een dng met lossy compressie, en dus niet rechtstreeks in camera's.

Het omgekeerde geldt ook; zelfs als er in de toekomst een nieuw en modern bestandsformaat is, met bijvoorbeeld lossless compressie en grotere bitdiepte, zal dit formaat nog steeds geen echt alternatief zijn voor raw. Een rawbestand slaat de ruwe sensorinformatie op. Pas bij het openen in software wordt het ruwe sensorbeeld gedemozaïekt, waarna het kan worden opgeslagen met ofwel lossless of lossy compressie.

Een nieuw fotoformaat?

Nee

Ook al is de jpeg-standaard maar liefst 26 jaar oud en technisch gezien zwaar gedateerd, hij wordt door honderden miljoenen mensen en een veelvoud aan apparaten gebruikt zonder dat dit als probleem wordt ervaren. Opslagruimte is goedkoop, dus al neemt de oude standaard zestig procent meer ruimte in beslag dan nodig is, het is niet echt een groot probleem voor de consument. Recente smartphones hebben meestal ruim voldoende opslagcapaciteit en zijn vaak ook nog eens uitbreidbaar. Daarnaast zijn er talloze clouddiensten waar foto's gratis of tegen een kleine vergoeding worden opgeslagen.

Jpeg is kwalitatief verre van perfect vanwege de beperkte 8bit-kleurdiepte en lossy compressie, maar veel mensen interesseert dat helemaal niet; voor hen is het goed genoeg. De serieuzere fotografen fotograferen in raw, dus deze groep interesseert dit evenmin.

Ja

Aan de andere kant… Waarom zou je een 26 jaar oude standaard blijven gebruiken terwijl er inmiddels veel betere technieken voorhanden zijn? Betere beeldkwaliteit, een groter kleurbereik en minder schadelijke compressie, terwijl daarvoor slechts veertig procent van de opslagcapaciteit nodig is. Dat klinkt als een no-brainer, toch? Voor audio zijn er inmiddels ook betere alternatieven dan mp3 en voor video geldt hetzelfde, dus waarom voor jpeg niet?

Je zou zeggen dat iedereen wel openstaat voor betere beeldkwaliteit terwijl de beeldbestanden tegelijk nog maar een fractie van de ruimte in beslag nemen. Dat betekent dat je minder snel door je 4g-bundel bent als je foto's heen en weer stuurt, wat vooral met vakantie buiten Europa fijn is. Ook zit het geheugen van je telefoon minder snel vol, evenals de harde schijf of ssd van je computer, en back-ups maken neemt minder tijd in beslag.

Consumenten maken zich misschien niet zo snel druk over de onnodig grote omvang van jpeg-bestanden, bedrijven doen dit wel. Het gaat immers om veel grotere hoeveelheden bestanden, dus veel data. Iedere kleine bezuiniging is dan meegenomen, want dat betekent dat er minder opslagruimte nodig is, ook voor back-ups. Denk bijvoorbeeld aan Google, dat vele exabytes aan data van gebruikers in zijn datacenters opslaat. Als die data met zestig procent kan worden verminderd, dan scheelt dat miljoenen dollars aan kosten. Dat is exact wat Google doet met bijvoorbeeld WebP.

Jpeg (links) en WebP

Technische en praktische voordelen

We kunnen de voordelen van een nieuw fotoformaat dus onderverdelen in twee segmenten: beeldkwaliteit en opslagruimte. Beeldkwaliteit zou wat ons betreft het belangrijkste voordeel zijn, want een nieuw universeel beeldformaat zou een alternatief vormen voor de vele verschillende bestandsformaten die we nu gebruiken: jpeg's voor foto's, raw voor foto's met maximale kwaliteit, tiff voor opslag met lossless compressie, gif voor animaties en png voor transparantie.

Tijdens het fotograferen zou je de kwaliteit kunnen veranderen zonder om te schakelen van het ene naar het andere bestandsformaat. Voor huis-tuin-en-fotokiekjes gebruik je dan bijvoorbeeld vergelijkbare instellingen als bij de huidige jpeg-standaard: 8bit-kleurdiepte en lossy compressie. Eenmaal op een mooie locatie of in de studio schakel je over naar een hogere kleurdiepte, lossless compressie en hdr. Je bent niet meer afhankelijk van het specifieke rawformaat van de fabrikant en de bijbehorende software, maar kunt de foto's met iedere app of ieder softwarepakket openen of direct publiceren op sociale media.

Desgewenst kan gekozen worden voor een combinatie van lossless en een beetje lossy compressie, die voor het doel goede resultaten produceert. Het zou ook minder ervaren gebruikers de mogelijkheden van het rawformaat geven, terwijl de compatibiliteit behouden blijft en conversie dus niet nodig is. Daardoor worden foto's met de best mogelijke beeldkwaliteit opgeslagen, terwijl je ze bovendien kunt aanpassen zonder kwaliteitsverlies. Denk bijvoorbeeld aan het achteraf corrigeren van de belichting. Ook hdr zou ondersteund kunnen worden. Ditzelfde formaat zou bovendien alphakanalen met een transparante achtergrond kunnen ondersteunen. Daarvoor wordt momenteel png veel gebruikt, maar vanwege lossless compressie zijn de beelden dan vrij groot en daardoor minder geschikt voor het gebruik op websites. Voor kleine logo's is het nog wel oké, maar foto's worden reusachtig groot.

Zo komen we bij het tweede grote voordeel: opslagcapaciteit. Voor semitransparante bestanden zou dan ook lossy compressie kunnen worden gebruikt voor online gebruik, als alternatief voor png en gif. En indien gewenst kan hetzelfde bestand ook lossless worden opgeslagen, bijvoorbeeld voor opmakers en reclamebureaus. De slimmere lossy compressie leidt tot een betere kwaliteit met een grotere kleurdiepte, terwijl de bestanden minder ruimte in beslag nemen. Dat laatste is ook fijn voor smartphones, tablets, 4g-netwerken en datacenters.

Jpeg XL, WebP en heic

Het is niet zo dat er in het verleden geen initiatieven zijn geweest om de oude jpeg-standaard te vervangen. Sterker nog, rond de eeuwwisseling, toen jpeg nog een relatief nieuw bestandsformaat was, kwamen de oorspronkelijke makers, de Joint Photographic Experts Group, al met een beter alternatief: jpeg 2000. Dit formaat bood een beter compressiealgoritme met minder kwaliteitsverlies en had ook minder last van bit errors dankzij een betere coderingsstructuur. Bovendien konden bestanden desgewenst lossless worden opgeslagen, dus in feite in raw. Tot slot bood het nieuwe formaat een hogere kleurdiepte en dus meer dynamisch bereik.

Dat klinkt fantastisch, maar toch werd het geen groot succes. Er is niet één oorzaak te noemen, maar er waren wel twee belangrijke bottlenecks. De eerste was technisch van aard. Jpeg 2000 gebruikte compleet nieuwe code en had redelijk wat computerkracht nodig. In die tijd werkten we nog op kloksnelheden van 400MHz tot 1GHz, met een Intel Celeron, Pentium III of AMD Athlon, en het geheugen was doorgaans zo'n 64MB. Minder snelle machines met weinig geheugen hadden het zwaar met het nieuwe formaat.

De tweede bottleneck was meer organisatorisch. Ondanks de naam jpeg was het een compleet nieuw bestandsformaat, dat ook niet compatibel was met de oude standaard. Software moest het formaat, met de extensie .jpf, dus expliciet ondersteunen. Adobe voegde aanvankelijk ondersteuning toe, maar sinds CS2 wordt de jpeg 2000-plug-in niet meer standaard geïnstalleerd. Het was natuurlijk ook noodzakelijk dat cameramakers én webbrowsers het nieuwe formaat gingen ondersteunen, maar dat bleef uit en dus had het weinig nut om het bestandsformaat in gebruik te nemen.

Toch wordt jpeg 2000 vandaag de dag nog wel gebruikt, zij het in specifieke bedrijfstakken. Bijvoorbeeld voor de pasfoto's van id-kaarten, voor videosurveillance en in de filmindustrie. Als fotoformaat is het echter in geen enkele camera terug te vinden.

Een vergelijking van jpeg, jpeg 2000 en jpeg xr

Jpeg XL, XT, LS, XS, XR

Wie op de site van de jpeg-organisatie, voluit Joint Photographic Experts Group, kijkt, ziet een veelvoud aan verschillende standaarden. De organisatie ontwikkelt nieuwe beeldformaten om in te spelen op trends en werkt samen met verschillende bedrijven om deze op de markt te brengen. Een recent voorbeeld is jpeg 360, een beeldformaat voor 360-gradencamera's. De bestandsformaten zijn soms royaltyvrij, oftewel gratis te gebruiken, maar soms ook alleen met een licentie, waar dus kosten voor verschuldigd zijn. Dat laatste leidt vaak tot specifiek gebruik binnen bedrijven of in een bepaalde branche, maar niet tot een brede adoptie.

In de periode 2007 tot 2009 leek er met jpeg XR even sprake van een kleine doorbaak. Dat was te danken aan ondersteuning door Microsoft in verschillende Windows-versies én Internet Explorer. Heel gek was dat niet, want Microsoft had het formaat oorspronkelijk bedacht; het begon onder de naam HD Photo. Het biedt ondersteuning voor zowel lossy als lossless compressie en had een geavanceerder compressiealgoritme dan jpeg en jpeg 2000. Desondanks is het nooit doorgebroken als universeel fotoformaat, mede doordat andere browsers, software en producten het niet gingen ondersteunen. Er is overigens wel een plug-in beschikbaar voor Photoshop.

Een andere variant is jpeg XT. Dit is meer een uitbreiding van het bestaande jpeg-formaat uit 1992, met toevoegingen als hdr, ondersteuning voor alphalagen en near-lossless compressie. Doordat de codec backwards compatible is met het oude jpeg-formaat, is het gebruik ervan laagdrempelig. Compatibiliteit blijft bovendien behouden. Wanneer een apparaat geen jpeg XT-decoder heeft, worden de extra features simpelweg niet benut. Op een apparaat met hardwarematige ondersteuning kan het formaat wel gebruikt worden, bijvoorbeeld om high dynamic range-informatie weer te geven. Dankzij de compatibiliteit is het mogelijk dat jpeg XT onbewust veel vaker wordt gebruikt dan gedacht, maar in de meeste consumententoepassingen is het niet te vinden.

Jpeg XS is een zakelijke standaard voor omgevingen met veel bandbreedte, zoals wifi-, kabel- en glasvezelnetwerken. De nadruk ligt op snelle, niet-complexe compressie. Dat is nuttig voor apparaten die bijvoorbeeld op accu's werken. Door de mate van compressie te beperken wordt energie bespaard.

Vervolgens is er jpeg LS. Heel simpel gezegd is dit een beeldformaat met lossless compressie, waarmee dus de maximale kwaliteit behouden blijft. Deze wordt vooral in de medische sector gebruikt, bijvoorbeeld voor het opslaan van röntgenfoto's. Jpeg 2000 kan dit ook, maar dat is een veel complexer algoritme.

Jpeg XL

Na alle eerder genoemde varianten is er nog een jpeg-formaat: jpeg XL. Dit bestandsformaat bestaat nog niet, maar is wat de Joint Photographic Experts Group betreft dé nieuwe standaard die alle andere bestanden moet vervangen. In april dit jaar zijn de eerste concrete voorstellen gedaan om de technische specificaties vast te leggen. Jpeg XL moet jpeg, jpeg XR en jpeg 2000 gaan vervangen en tussen de regels door ook andere formaten als gif en png. Jpeg XL belooft alle eigenschappen die eerder in dit artikel zijn genoemd, waaronder meer dan zestig procent minder opslagruimte dankzij slimme compressie, 12bit- tot 16bit-kleurdiepte, transparantie, animatie en ondersteuning voor zowel lossy als lossless compressie. Technisch gezien borduurt jpeg XL verder op hevc, met zogenaamde hm-encoder en scc-extensies.

De Jpeg-groep liet Tweakers in een reactie weten hoge verwachtingen te hebben van jpeg XL en stelt dat verschillende marktpartijen geïnteresseerd zijn in de adoptie ervan. Om de kans op succes te vergroten, komt er ook een variant waarvoor geen royalty's verschuldigd zijn, zodat iedereen het formaat kan ondersteunen en gebruiken. Dat laatste is niet onbelangrijk, want voor het gebruik van h264- en h265-gebaseerde codecs is vaak om licentiegeld vereist.

Google WebP

Een alternatief beeldformaat dat al enige tijd wordt gebruikt, is WebP, wat uitgesproken wordt als 'weppie'. Het formaat is gebaseerd op VP8, een vrij te gebruiken opensourcecodec voor videobestanden. Google gebruikt WebM en WebP intensief in zijn datacenters., waar bestaande beeldformaten worden omgezet naar WebP om ruimte te besparen. Een jpeg-bestand wordt 39 procent kleiner, png-bestanden nemen 45 procent minder ruimte in beslag en gifbestanden worden zelfs 64 procent kleiner. WebP ondersteunt animatie, icc-profielen, xml-metadata en transparantie, en bevat een vernuftig compressiealgoritme. Lossless compressie is ook mogelijk.

WebM is een vergelijkbaar containerformaat, maar wordt gebruikt voor video en is gebaseerd op VP9. WebP wordt ondersteund door Chrome, Chromium, Opera en de Google-webbrowser van Android. Daarnaast wordt het gebruikt door Netflix en Facebook om dataverkeer te besparen en de snelheid te vergroten. WebP is afkomstig van het VP8-videoformaat en de broncode is beschikbaar met bsd-licentie. Ook is voor alle platforms software beschikbaar om bestanden om te zetten naar WebP, maar het wordt bijvoorbeeld nog niet standaard ondersteund door Photoshop.

Apple heic en heif

Net als Google gebruikt Apple ook een eigen formaat. Sinds iOS 11 worden bestanden, zoals jpeg-foto's, omgezet in het heic-formaat. Dit formaat is weer gebaseerd op heif, wat staat voor high efficiency image format, en dat is gebaseerd op de hevc-videocompressie, oftewel h265. Net als WebP is heic een containerformaat. Apple gebruikt het ook voor video's en live foto's. Door slimmere compressie zouden beeldbestanden nog maar de helft van de ruimte in beslag nemen, op de iPhone en iPad, maar ook in iCloud. Verder biedt het formaat 16bit-kleurendiepte en dus meer potentieel dynamisch bereik. Als een foto of video wordt gedeeld via sociale media, wordt hij automatisch omgezet in jpeg of mov.

En verder

De genoemde formaten zijn niet de enige die strijden om het opvolgerschap van jpeg. Al in 2014 werd bpg aangekondigd, wat staat voor Better Portable Graphics. Het werd en wordt ontwikkeld door programmeur Fabrice Bellard, die in april dit jaar versie 0.9.8 vrijgaf. Ook bpg is gebaseerd op hevc, maar zou desondanks leiden tot kleinere bestanden dan jpeg, jpeg XR en WebP. Het ondersteunt ook animaties. Hoewel bpg tot op heden niet echt is opgepikt, kunnen browsers het ondersteunen via JavaScript, waarvoor Bellard de code gratis beschikbaar stelt.

En dan is er nog AV1 (AVIF), dat nauw verbonden is aan hevc, heif en VP9. Dit open formaat zag in 2015 het levenslicht en is royaltyvrij te gebruiken. Het is voornamelijk bedoeld voor video, maar er is ook een fotoformaat. Onder andere YouTube en Netflix zijn van plan dit te gaan gebruiken voor de opslag en streaming van video's.

De obstakels

Er zijn dus verschillende alternatieven voor de huidige jpeg-standaard, maar toch is de kans klein dat we voor een grote doorbraak staan. Een nieuw bestandsformaat kan technisch gezien nog zo goed zijn, als het formaat niet massaal door grote partijen wordt ondersteund, gaan consumenten het uiteindelijk niet gebruiken. In plaats daarvan zien we het klassieke patroon bij nieuwe standaarden: het leidt niet tot één universeel, alles oplossend formaat, maar juist tot meer fragmentatie, waarbij verschillende partijen verschillende formaten gaan gebruiken die onderling niet compatibel zijn.

Er is dus geen technisch probleem voor een opvolger van jpeg, maar een menselijke bottleneck. Het is een gemengd organisatorisch, maatschappelijk en economisch vraagstuk. Net bij andere standaarden is het lastig om mensen en bedrijven met de neus dezelfde kant op te krijgen. Eén universele standaard is praktisch, maar vaak zijn er tegengestelde belangen. Op economisch vlak bijvoorbeeld. Camerafabrikanten gebruiken het liefst hun eigen proprietary rawformaat, in plaats van bijvoorbeeld dng. Dan kunnen ze veel makkelijker kleine tweaks uitvoeren, bijvoorbeeld om lensfouten weg te werken.

En op organisatorisch vlak heeft niet iedere softwaremaker, app-maker en smartphonefabrikant een direct voordeel om een nieuwe standaard te gaan ondersteunen. Dit kost mankracht en het maakt de interface misschien minder duidelijk voor minder ervaren gebruikers, want weer een extra optie. Als er geen significant voordeel voor de fabrikant of ontwikkelaar is en dus een eigen belang, neemt de kans flink af dat een nieuw formaat wordt omarmd.

Dat is extra complex omdat er verschillende lagen en segmenten van ondersteuning nodig zijn. Smartphone- en cameramakers moeten het nieuwe formaat in hun producten gaan inbouwen, populaire apps en software moeten het gaan ondersteunen, en webbrowsers moeten er ook mee overweg kunnen, zonder dat de eindgebruiker bestanden moet converteren. De hele sector moet er dus achterstaan. En dan volgt de laatste bottleneck: de consument moet het echt gaan gebruiken, anders was de hele implementatie voor niets. Zoiets zal vele jaren duren, als het al gebeurt…

Zelfs áls camerafabrikanten en smartphonemakers een nieuw bestandsformaat opnemen in hun producten, is het de vraag of consumenten dit gaan gebruiken. Allereerst is dat een psychologische drempel; je vertrouwt wat je kent en wantrouwt wat je niet kent. Zal iemand een foto in het nieuwe formaat wel kunnen openen? Kan die geüpload worden naar apps en op formulieren, en werkt het formaat op websites? Jpeg werkt in ieder geval; iedereen is ermee opgegroeid. Bovendien zullen veel mensen de eerder genoemde nadelen van het jpeg-formaat waarschijnlijk niet zwaar vinden wegen, als ze er al mee bekend zijn.

Standaard der standaarden

De wereld zit vol uiteenlopende standaarden. Dat is een probleem, maar het is niet onoverkomelijk. Als een standaard eenmaal in gebruik is, is het heel lastig om deze in te ruilen voor iets anders. Het beste voorbeeld is waarschijnlijk het metrieke stelsel, dat al in 1815, na de Franse revolutie, werd ingevoerd en intussen in vrijwel alle delen van de wereld de norm is. Toch zijn er nog steeds landen, zoals Engeland en de Verenigde Staten, die hun eigen, middeleeuwse systeem gebruiken, met inches, yards en miles.

En kijk naar stopcontacten en stekkers. De eurostekker is hier de norm, maar zelfs binnen Europa zijn er uitzonderingen, laat staan in de rest van de wereld. Daardoor moeten fabrikanten verschillende stekkers bij hun producten leveren en dus verschillende producten voeren in lokale markten. Dat moeten ze toch al, want op stroomgebied is er evenmin één standaard, met 110V en 230V en vele variaties daarop.

Conclusie

XKCD - Standards

De cartoon hierboven zegt eigenlijk alles. Het lijkt handig en logisch om met één nieuw, universeel bestandsformaat op de proppen te komen dat alle andere, oude en technisch achterhaalde standaarden moet vervangen. De praktijk is vaak anders. Als één schakel in de keten niet meewerkt, wordt het niets. En die kans is groot, alleen al vanwege de vele schakels. Allereerst moet het fotoformaat in smartphones en camera's worden opgenomen, en vervolgens moeten de makers van besturingssystemen, browsers, apps en bewerkingssoftware het allemaal gaan ondersteunen. De laatste schakel is de consument, die al zijn hele digitale leven met het jpeg-formaat werkt en misschien niet echt geïnteresseerd is in de beloofde vernieuwingen.

Dat is begrijpelijk, maar wel jammer. Zo'n nieuw formaat zou het mogelijk maken om foto's, illustraties en andere afbeeldingen met een veel hogere kwaliteit op te slaan dan nu gebruikelijk is, terwijl meer dan de helft van de opslagruimte kan worden uitgespaard. Dat geldt voor fotobestanden, maar ook voor animaties zoals 'animated gifs', en transparante bestanden, waarvoor nu lossless png wordt gebruikt.

Een nieuwe standaard op basis van hevc biedt een veel groter kleurenpalet, oftewel bitdiepte, waardoor een foto meer dynamisch bereik kan bevatten zonder colour banding en overweg zou kunnen met hdr. De gebruikte compressiealgoritmen zijn een stuk geavanceerder dan die in de jpeg-standaard van 1992, die vandaag de dag nog steeds wordt gebruikt. Dat betekent betere kwaliteit en minder opslagruimte. Bovendien kan desgewenst ook lossless compressie worden toegepast voor de best mogelijke beeldkwaliteit en de bijbehorende voordelen voor beeldbewerking in bijvoorbeeld Photoshop. Lightroom of Snapseed.

De voordelen van betere kwaliteit spreken voor zich, maar ook opslag is een groot voordeel. Als beeldbestanden nog maar veertig procent van de oorspronkelijke ruimte innemen, blijft er meer opslagcapaciteit over. Dat verlaagt bovendien de druk op 4g- en wifinetwerken en je bent minder snel door je 4g-bundel heen. Daarbij scheelt het kostbare back-upcapaciteit. Het is niet voor niets dat Google en Apple intussen al hun eigen op hevc gebaseerde bestandsformaten gebruiken.

Zal het mogelijk zijn dat zowel de volledige industrie als de consument een nieuw beeldformaat, zoals jpeg XL, omarmt? Onmogelijk is het niet, maar voor nu blijft het wishful thinking.

Bron: Tweakers