下一代图像压缩技术：JPEG XL

本次来自SPIE Digital Library，演讲主题是JPEG XL，下一代图像压缩技术，演讲者是来自Google Research的Luca Versari，介绍了JPEG XL的一些主要编码工具的升级。

Luca带来了JPEG XL标准化工作的更新：JPEG XL专注于可伸缩的Web分发和有效压缩高质量图像。与现有的图像格式相比，它将提供以下好处：

• 在相同的主观质量下，尺寸大大减小；
• 快速，可并行化的解码和编码配置；
• 现有JPEG的渐进，无损，动画和可逆转码等功能；
• 支持高质量应用，包括宽色域，更高的分辨率/位深度/动态范围以及视觉无损编码。

此外，免版税的基准是重要的目标。JPEG XL体系结构是传统的块变换编码，对于JPEG，每个组件都有升级。

自从27年前推出以来，JPEG就一直在实用有损图像压缩领域占据统治地位。其他主流媒体编码，尤其是视频和声音编码，已经经历了几代重大而全面的改进。在先前尝试用更有效的图像编码替换JPEG的工作中，发现了两个主要的问题，即专业质量摄影中的心理视觉性能和缺乏渐进迁移功能，在新提案JPEG XL中彻底解决了这些问题，并且总体上提高了压缩性能。

JPEG XL的主要目标是在实现几乎难以察觉的差异前提下实现最小的尺寸。

JPEG XL的编解码器架构如下图：

在变换方面，JPEG XL扩展了8x8块DCT，支持可变大小块的DCT变换。

在熵编码方面，JPEG XL使用使用非对称数字系统（ANS），可实现类似于算术编码的压缩率，同时在解码过程中速度明显加快。

JPEG XL使用XYZ颜色空间。

在自适应量化方面，JPEG仅允许为整个图像选择单个量化矩阵（每个通道），在JPEG XL中，量化矩阵的选择仍然是全局的；但是，可以局部缩放此量化矩阵，以减少更多“复杂”区域中的伪影，而无需增加图像其他部分中使用的位数。

在DC预测方面，JPEG XL升级到八种不同的预测模式。

在AC编码方面，JPEG始终使用所谓的Z字形顺序对AC系数进行编码，JPEG XL允许对自定义的顺序进行编码，使用类似于Lehmer的代码将自定义顺序编码为之字形顺序的排列，以实现排列的有效编码。

在环路滤波方面，JPEG XL采用了两个不同的环路滤波器。第一环路滤波器是平滑卷积，减少了块边界的视觉影响，同时仍然保留了原始图像中存在的清晰细节；第二环路滤波器应用了与非局部均值相关的自适应平滑算法，旨在减少振铃，同时仍保留在图像中传输的纹理。

JPEG XL有JPEG重压缩模式，允许从现有的JPEG图片无损转成JPEG-XL，同时节约20%左右的体积。

总体来说，JPEG-XL标准与JPEG对比，在压缩体积上大约可以节省50%的储存空间，并且JPEG-XL在对不同图片的压缩结果上有更小的体积波动。