JPEG

تُطبّق مواصفات JPEG الأصلية المنشورة في عام 1992 عمليات من أوراق بحثية وبراءات اختراع سابقة مختلفة استشهدت بها CCITT (الآن ITU-T ) ومجموعة خبراء التصوير الفوتوغرافي المشتركة. ^{[ 1 ]}

تعتمد خوارزمية ضغط الصور مع فقدان البيانات في معيار JPEG على تحويل جيب التمام المنفصل (DCT)، ^{[ 9 ] [ 10 ]} الذي اقترحه ناصر أحمد لأول مرة كتقنية لضغط الصور عام 1972. ^{[ 16 ] [ 10 ]} وقد نشر أحمد خوارزمية DCT بالاشتراك مع ت. ناتاراجان وك . ر. راو في ورقة بحثية عام 1974، ^{[ 17 ]} والتي تم الاستشهاد بها في مواصفات JPEG. ^{[ 9 ]}

تستند مواصفات JPEG إلى براءات اختراع من عدة شركات. وقد شكلت براءات الاختراع التالية الأساس لخوارزمية الترميز الحسابي الخاصة بها . ^{[ 1 ]}

• شركة آي بي إم
  • براءة اختراع أمريكية رقم 4,652,856 – 4 فبراير 1986 – Kottappuram MA Mohiuddin و Jorma J. Rissanen – كود حسابي متعدد الحروف الهجائية خالي من الضرب
  • براءة اختراع أمريكية رقم 4,905,297 – 27 فبراير 1990 – جي. لانغدون، جيه إل ميتشل ، دبليو بي بينيباكر، وجورما جيه. ريسانين – نظام ترميز وفك ترميز حسابي
  • براءة اختراع أمريكية رقم 4,935,882 – 19 يونيو 1990 – دبليو بي بينيباكر وجيه إل ميتشل – تكييف الاحتمالات لمشفرات الحساب
• ميتسوبيشي إلكتريك
  • JP H02202267  ( 1021672 ) - 21 يناير 1989 - توشيهيرو كيمورا، شيغينوري كينو، فوميتاكا أونو، ماسايوكي يوشيدا - نظام الترميز
  • JP H03247123  ( 2-46275 ) - 26 فبراير 1990 - توموهيرو كيمورا، شيغينوري كينو، فوميتاكا أونو، وماسايوكي يوشيدا - جهاز الترميز وطريقة الترميز

تشير مواصفات JPEG أيضًا إلى ثلاث براءات اختراع أخرى من شركة IBM. ومن بين الشركات الأخرى المذكورة كحائزة لبراءات اختراع، شركة AT&T (براءتا اختراع) وشركة Canon Inc. ^{[ 1 ].} وتغيب عن القائمة براءة الاختراع الأمريكية رقم 4,698,672 ، التي قدمها وين-هسيونغ تشين ودانيال جيه. كلينك من شركة Compression Labs في أكتوبر 1986. تصف براءة الاختراع خوارزمية ضغط صور تعتمد على تحويل جيب التمام المنفصل (DCT)، والتي أصبحت لاحقًا سببًا للجدل في عام 2002 (انظر جدل براءة الاختراع أدناه). ^{[ 18 ]} ومع ذلك، فقد أشارت مواصفات JPEG إلى ورقتين بحثيتين سابقتين لوين-هسيونغ تشين، نُشرتا في عامي 1977 و1984. ^{[ 1 ]}

يشير مصطلح "JPEG" إلى " مجموعة خبراء التصوير المشتركة " ، وهي اللجنة التي وضعت معيار JPEG ومعايير ترميز الصور الثابتة الأخرى. وكلمة "مشتركة" اختصار لـ ISO TC97 WG8 و CCITT SGVIII. تأسست المجموعة عام 1986، وطورت معيار JPEG خلال أواخر ثمانينيات القرن العشرين، ونشرته عام 1992. ^{[ 5 ]}

في عام 1987، تحولت اللجنة الفنية 97 التابعة للمنظمة الدولية للمعايير (ISO TC 97) إلى اللجنة الفنية المشتركة 1 التابعة للمنظمة الدولية للمعايير/اللجنة الكهروتقنية الدولية (ISO/IEC JTC 1)، وفي عام 1992، أصبحت اللجنة المركزية لتقنية المعلومات والاتصالات (CCITT) جزءًا من قطاع تقييس الاتصالات التابع للاتحاد الدولي للاتصالات (ITU-T). حاليًا، ضمن اللجنة الفنية المشتركة 1، يُعدّ تنسيق JPEG أحد مجموعتين فرعيتين تابعتين للجنة الفنية المشتركة 1 التابعة للمنظمة الدولية للمعايير /اللجنة الكهروتقنية الدولية، اللجنة الفرعية 29، المجموعة العاملة 1 ( ISO/IEC JTC 1/SC 29 /WG 1) - بعنوان " ترميز الصور الثابتة" . ^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]} أما على مستوى قطاع تقييس الاتصالات التابع للاتحاد الدولي للاتصالات، فإن المجموعة الفرعية 16 التابعة له (ITU-T SG16) هي الجهة المختصة. تأسست مجموعة JPEG الأصلية في عام 1986، ^{[ 22 ]} وأصدرت أول معيار JPEG في عام 1992، والذي تمت الموافقة عليه في سبتمبر 1992 كتوصية ITU-T T.81 ^{[ 23 ]} ، وفي عام 1994، كمعيار ISO / IEC 10918-1 . 

يحدد معيار JPEG برنامج الترميز ، الذي يحدد كيفية ضغط الصورة إلى سلسلة من البايتات وفك ضغطها مرة أخرى إلى صورة، ولكنه لا يحدد تنسيق الملف المستخدم لاحتواء تلك السلسلة. [24] يحدد معيارا Exif ^{و JFIF تنسيقات} الملفات الشائعة الاستخدام لتبادل الصور المضغوطة بصيغة JPEG.

تُعرف معايير JPEG رسميًا باسم تكنولوجيا المعلومات  - الضغط الرقمي وتشفير الصور الثابتة ذات التدرج اللوني المستمر . يتكون معيار ISO/IEC 10918 من الأجزاء التالية:

تحدد Ecma International TR /98 تنسيق تبادل ملفات JPEG (JFIF)؛ وقد نُشرت الطبعة الأولى في يونيو 2009. ^{[ 28 ]}

في عام 2002، أكدت شركة فورجنت نتوركس ملكيتها لحقوق براءة اختراع تقنية JPEG، وأنها ستنفذها، استنادًا إلى براءة اختراع أمريكية رقم 4,698,672، مسجلة في 27 أكتوبر 1986، ومُنحت في 6 أكتوبر 1987، باسم وين-هسيونغ تشين ودانيال جيه. كلينك من شركة كومبريشن لابز . ^{[ 18 ] [ 29 ]} مع أن فورجنت لم تكن تملك كومبريشن لابز آنذاك، إلا أن تشين باعها لاحقًا إلى فورجنت، قبل أن ينتقل للعمل في شركة سيسكو . أدى ذلك إلى استحواذ فورجنت على براءة الاختراع. ^{[ 18 ]} أثار إعلان فورجنت عام 2002 ضجةً تُذكّر بمحاولات يونيسيس لتأكيد حقوقها في معيار ضغط الصور GIF.

قامت لجنة JPEG بالتحقيق في مطالبات براءات الاختراع في عام 2002، وخلصت إلى أنها باطلة بسبب وجود تقنيات سابقة ، ^{[ 30 ]} وهو رأي شاركه العديد من الخبراء. ^{[ 18 ] [ 31 ]}

بين عامي 2002 و2004، تمكنت شركة فورجنت من الحصول على حوالي 105 ملايين دولار أمريكي من خلال ترخيص براءة اختراعها لنحو 30 شركة. وفي أبريل 2004، رفعت فورجنت دعوى قضائية ضد 31 شركة أخرى لتحصيل المزيد من مستحقات الترخيص. وفي يوليو من العام نفسه، رفع تحالف يضم 21 شركة حاسوب كبرى دعوى مضادة بهدف إبطال براءة الاختراع. إضافةً إلى ذلك، رفعت مايكروسوفت دعوى قضائية منفصلة ضد فورجنت في أبريل 2005. ^{[ 32 ]} وفي فبراير 2006، وافق مكتب براءات الاختراع والعلامات التجارية الأمريكي على إعادة فحص براءة اختراع فورجنت الخاصة بتقنية JPEG بناءً على طلب مؤسسة براءات الاختراع العامة. ^{[ 33 ]} وفي 26 مايو 2006، خلص مكتب براءات الاختراع والعلامات التجارية الأمريكي إلى أن براءة الاختراع غير صالحة استنادًا إلى حالة التقنية السابقة. كما وجد المكتب أن فورجنت كانت على علم بحالة التقنية السابقة، إلا أنها تعمدت عدم إبلاغ مكتب براءات الاختراع. وهذا ما جعل أي استئناف لإعادة تفعيل براءة الاختراع أمرًا مستبعدًا للغاية. ^{[ 34 ]}

تمتلك شركة فورجنت أيضًا براءة اختراع مماثلة منحها لها مكتب براءات الاختراع الأوروبي في عام 1994، على الرغم من أنه من غير الواضح مدى قابليتها للتنفيذ. ^{[ 35 ]}

اعتبارًا من 27 أكتوبر 2006، يبدو أن مدة براءة الاختراع الأمريكية البالغة 20 عامًا قد انتهت، وفي نوفمبر 2006، وافقت شركة فورجنت على التخلي عن إنفاذ مطالبات براءة الاختراع ضد استخدام معيار JPEG. ^{[ 36 ]}

تعتبر لجنة JPEG من بين أهدافها الصريحة أن تكون معاييرها (وخاصة أساليبها الأساسية) قابلة للتنفيذ دون دفع رسوم الترخيص، وقد حصلت على حقوق الترخيص المناسبة لمعيار JPEG 2000 الخاص بها من أكثر من 20 منظمة كبيرة.

ابتداءً من أغسطس/آب 2007، ادّعت شركة أخرى، هي "جلوبال باتنت هولدينغز" (Global Patent Holdings, LLC)، أن براءة اختراعها ( براءة الاختراع الأمريكية رقم 5,253,341 ) الصادرة عام 1993، تُنتهك بتحميل صور JPEG من موقع إلكتروني أو عبر البريد الإلكتروني. وإذا لم تُبطل هذه البراءة، فقد تُطبّق على أي موقع إلكتروني يعرض صور JPEG. وقد أعاد مكتب براءات الاختراع والعلامات التجارية الأمريكي فحص البراءة من عام 2000 إلى عام 2007؛ وفي يوليو/تموز 2007، ألغى المكتب جميع بنود البراءة الأصلية، ولكنه أقرّ بصحة بند إضافي اقترحته "جلوبال باتنت هولدينغز" (البند 17). ^{[ 37 ]} وعليه، رفعت "جلوبال باتنت هولدينغز" عددًا من الدعاوى القضائية استنادًا إلى البند 17 من براءة اختراعها.

في أول دعويين قضائيتين رفعتهما شركة غلوبال باتنت هولدينغز بعد إعادة الفحص، وكلاهما في شيكاغو، إلينوي، رفعت الشركة دعوى قضائية ضد كل من : غرين باي باكرز ، وسي دي دبليو ، وموتورولا ، وآبل ، وأوربيتز ، وأوفيس ماكس، وكاتربيلر ، وكرافت ، وبيبود . وفي 5 ديسمبر/كانون الأول 2007، رُفعت دعوى قضائية ثالثة في جنوب فلوريدا ضد كل من : إيه دي تي سيكيوريتي سيرفيسز ، وأوتونايشن ، وفلوريدا كريستالز كورب، وهير يو إس إيه ، وموفي تيكتس دوت كوم ، وأوكوين فاينانشال كورب ، وتاير كينغدوم . وفي 8 يناير/كانون الثاني 2008، رُفعت دعوى قضائية رابعة في جنوب فلوريدا ضد منتجع ونادي بوكا راتون . كما رُفعت دعوى قضائية خامسة ضد غلوبال باتنت هولدينغز في نيفادا، من قِبل شركة زابوس دوت كوم، التي يُزعم أنها تعرضت للتهديد من قِبل غلوبال باتنت هولدينغز، والتي سعت للحصول على إعلان قضائي بأن براءة الاختراع رقم 341 غير صالحة ولا تُنتهك.

استخدمت شركة Global Patent Holdings أيضًا براءة الاختراع رقم 341 لمقاضاة أو تهديد منتقدي براءات اختراع البرمجيات واسعة النطاق، بمن فيهم غريغوري أهارونيان ^{[ 38 ]} والمشغل المجهول لمدونة على موقع إلكتروني تُعرف باسم " متتبع متصيدي براءات الاختراع ". ^{[ 39 ]} في 21 ديسمبر 2007، طلب محامي براءات الاختراع فيرنون فرانسيسن من شيكاغو من مكتب براءات الاختراع والعلامات التجارية الأمريكي إعادة فحص الادعاء الوحيد المتبقي لبراءة الاختراع رقم 341 استنادًا إلى معلومات سابقة جديدة. ^{[ 40 ]}

في 5 مارس/آذار 2008، وافق مكتب براءات الاختراع والعلامات التجارية الأمريكي على إعادة فحص براءة الاختراع رقم 341، حيث وجد أن التقنية السابقة الجديدة أثارت تساؤلات جوهرية جديدة بشأن صحة البراءة. ^{[ 41 ]} وفي ضوء إعادة الفحص، قدم المتهمون بانتهاك البراءة في أربع من الدعاوى القضائية الخمس المعلقة طلبات لتعليق (تجميد) قضاياهم لحين انتهاء مكتب براءات الاختراع والعلامات التجارية الأمريكي من مراجعة براءة الاختراع رقم 341. وفي 23 أبريل/نيسان 2008، وافق قاضٍ يرأس الدعويين في شيكاغو، إلينوي، على الطلبات في هاتين القضيتين. ^{[ 42 ]} وفي 22 يوليو/تموز 2008، أصدر مكتب براءات الاختراع أول "إجراء رسمي" لإعادة الفحص الثانية، حيث وجد أن الادعاء غير صالح استنادًا إلى تسعة عشر سببًا منفصلاً. ^{[ 43 ]} وفي 24 نوفمبر/تشرين الثاني 2009، صدرت شهادة إعادة فحص ألغت جميع الادعاءات.

ابتداءً من عام 2011 وحتى أوائل عام 2013، بدأت شركة تُعرف باسم "برينستون ديجيتال إيميج كوربوريشن" ^{[ 44 ]} ، ومقرها شرق تكساس، برفع دعاوى قضائية ضد عدد كبير من الشركات بتهمة انتهاك براءة الاختراع الأمريكية رقم 4,813,056 . وتدّعي برينستون أن معيار ضغط الصور JPEG ينتهك براءة الاختراع رقم 056، وقد رفعت دعاوى قضائية ضد عدد كبير من المواقع الإلكترونية وتجار التجزئة ومصنّعي وموزّعي الكاميرات والأجهزة. كانت براءة الاختراع في الأصل مملوكة لشركة جنرال إلكتريك ومُتنازل عنها لها. انتهت صلاحية براءة الاختراع في ديسمبر 2007، لكن برينستون رفعت دعاوى قضائية ضد عدد كبير من الشركات بتهمة "الانتهاك السابق" لهذه البراءة. (بموجب قوانين براءات الاختراع الأمريكية، يمكن لمالك براءة الاختراع رفع دعوى قضائية بتهمة "الانتهاك السابق" حتى ست سنوات قبل رفع الدعوى، لذا كان بإمكان برينستون نظريًا الاستمرار في مقاضاة الشركات حتى ديسمبر 2013). اعتبارًا من مارس 2013، كانت لدى برينستون دعاوى قضائية معلقة في نيويورك وديلاوير ضد أكثر من 55 شركة. لا يُعرف مدى تورط شركة جنرال إلكتريك في الدعوى، على الرغم من أن سجلات المحكمة تشير إلى أنها تنازلت عن براءة الاختراع لجامعة برينستون في عام 2009 وتحتفظ ببعض الحقوق المتعلقة ببراءة الاختراع. ^{[ 45 ]}

يمكن إجراء العديد من التعديلات على صورة JPEG دون فقدان الجودة (أي دون إعادة ضغطها وما يترتب على ذلك من فقدان للجودة) طالما أن حجم الصورة من مضاعفات وحدة MCU (وحدة الترميز الدنيا) (عادةً 16 بكسل في كلا الاتجاهين، لأخذ عينات لونية 4:2:0 ). وتشمل الأدوات التي تُنفذ ذلك ما يلي:

• jpegtran وواجهة المستخدم الرسومية الخاصة به، Jpegcrop.
• IrfanView باستخدام "JPG Lossless Crop (PlugIn)" و "JPG Lossless Rotation (PlugIn)"، والتي تتطلب تثبيت المكون الإضافي JPG_TRANSFORM.
• برنامج FastStone لعرض الصور باستخدام "قص بدون فقدان الجودة إلى ملف" و "تدوير JPEG بدون فقدان الجودة".
• يستخدم برنامج XnViewMP "تحويلات JPEG بدون فقدان للجودة".
• يدعم برنامج ACDSee التدوير بدون فقدان (ولكن ليس الاقتصاص بدون فقدان) من خلال خيار "فرض عمليات JPEG بدون فقدان".

يمكن تدوير الكتل بزوايا 90 درجة، وقلبها أفقياً ورأسياً وقطرياً، وتحريكها في الصورة. ليس من الضروري استخدام جميع الكتل من الصورة الأصلية في الصورة المعدلة.

يجب أن تقع الحافة العلوية واليسرى لصورة JPEG على حدود كتلة بحجم 8  ×  8 بكسل (أو 16  ×  16 بكسل لأحجام MCU الأكبر)، بينما لا يشترط ذلك بالنسبة للحافة السفلية واليمنى. هذا يحد من عمليات القص غير الفاقد للبيانات ، ويمنع قلب الصورة أو تدويرها إذا لم تقع حافتها السفلية أو اليمنى على حدود كتلة لجميع القنوات (لأن الحافة ستنتهي في الأعلى أو اليسار، حيث يكون وجود حدود الكتلة إلزاميًا  كما ذكرنا سابقًا ). 

لا تُعدّ عمليات التدوير التي لا يكون فيها حجم الصورة من مضاعفات العدد 8 أو 16، والتي تعتمد قيمتها على أخذ عينات اللون، عملياتَ خالية من الفقد. إذ يؤدي تدوير هذه الصورة إلى إعادة حساب الكتل، مما ينتج عنه فقدان في الجودة. ^{[ 49 ]}

عند استخدام تقنية الاقتصاص غير الفاقد للبيانات، إذا لم يكن الجزء السفلي أو الأيمن من منطقة الاقتصاص على حدود كتلة، فستظل البيانات المتبقية من الكتل المستخدمة جزئيًا موجودة في الملف المقتص ويمكن استعادتها. كما يُمكن التحويل بين التنسيقين الأساسي والتدريجي دون أي فقدان للجودة، لأن الفرق الوحيد هو ترتيب المعاملات في الملف.

علاوة على ذلك، يمكن دمج العديد من صور JPEG بدون فقدان للجودة، طالما تم حفظها بنفس الجودة وتتطابق الحواف مع حدود الكتل.

أكثر امتدادات أسماء الملفات شيوعًا للملفات التي تستخدم ضغط JPEG هي .jpg.jpg و .jpg .jpeg، على الرغم من استخدام .jpg و .jpg أيضًا. .jpe[ .jfif52 ^{] من الممكن} أيضًا تضمين بيانات JPEG في أنواع ملفات أخرى - غالبًا ما تتضمن ملفات TIFF صورة JPEG كصورة مصغرة للصورة الرئيسية؛ ويمكن أن تحتوي ملفات MP3 على صورة JPEG لغلاف الألبوم في علامة ID3v2 ..jif 

تتضمن العديد من ملفات JPEG ملف تعريف ألوان ICC ( مساحة لونية ). تشمل ملفات تعريف الألوان الشائعة الاستخدام sRGB و Adobe RGB . نظرًا لأن هذه المساحات اللونية تستخدم تحويلًا غير خطي، فإن النطاق الديناميكي لملف JPEG ذي 8 بت يبلغ حوالي 11 درجة توقف ؛ انظر منحنى جاما .

إذا لم تحدد الصورة معلومات ملف تعريف الألوان ( غير مُوسومة )، فسيتم افتراض أن مساحة اللون هي sRGB لأغراض العرض على صفحات الويب. ^{[ 53 ] [ 54 ]}

لا تُستخدم العديد من خيارات معيار JPEG بشكل شائع، وكما ذُكر سابقًا، تستخدم معظم برامج معالجة الصور تنسيق JFIF الأبسط عند إنشاء ملف JPEG، والذي يُحدد، من بين أمور أخرى، طريقة التشفير. فيما يلي وصف موجز لإحدى طرق التشفير الأكثر شيوعًا عند تطبيقها على مُدخل يحتوي على 24 بت لكل بكسل (ثمانية بتات لكل من الأحمر والأخضر والأزرق ). هذا الخيار تحديدًا هو طريقة ضغط بيانات مع فقدان البيانات . يتم تمثيل هذه الطرق في المصفوفات أدناه.

تحويل جيب التمام المنفصل

بعد ذلك، يتم تحويل كل كتلة 8×8 من كل مكون (Y، Cb، Cr) إلى تمثيل في مجال التردد ، باستخدام تحويل جيب التمام المنفصل ثنائي الأبعاد من النوع الثاني (DCT) المُعَيَّر، انظر المرجع 1 في تحويل جيب التمام المنفصل. يُشار إلى تحويل جيب التمام المنفصل أحيانًا باسم "تحويل جيب التمام المنفصل من النوع الثاني" في سياق مجموعة من التحويلات كما هو الحال في تحويل جيب التمام المنفصل ، ويُشار إلى معكوسه المقابل (IDCT) باسم "تحويل جيب التمام المنفصل من النوع الثالث".

على سبيل المثال، قد تكون إحدى هذه الصور الفرعية بحجم 8×8 و8 بت كالتالي:

${\displaystyle \left[{\begin{array}{rrrrrrr}52&55&61&66&70&61&64&73\\63&59&55&90&109&85&69&72\\62&59&68&113&144&104&66&73\\63&58&71&122&154&106&70&69\\67&61&68&104&126&88&68&70\\79&65&60&70&77&68&58&75\\85&71&64&59&55&61&65&83\\87&79&69&68&65&76&78&94\end{array}}\right].}$

قبل حساب تحويل جيب التمام المنفصل (DCT) للكتلة 8×8، يتم تحويل قيمها من نطاق موجب إلى نطاق مركزه الصفر. بالنسبة لصورة 8 بت، يقع كل إدخال في الكتلة الأصلية ضمن النطاق${\displaystyle [0,255]}$يتم طرح نقطة المنتصف للنطاق (في هذه الحالة، القيمة 128) من كل إدخال لإنتاج نطاق بيانات متمركز حول الصفر، بحيث يكون النطاق المعدل هو${\displaystyle [-128,127]}$. تقلل هذه الخطوة من متطلبات النطاق الديناميكي في مرحلة معالجة DCT التي تليها.

ينتج عن هذه الخطوة القيم التالية:

${\displaystyle g={\begin{array}{c}x\\\longrightarrow \\\left[{\begin{array}{rrrrrrrr}-76&-73&-67&-62&-58&-67&-64&-55\\-65&-69&-73&-38&-19&-43&-59&-56\\-66&-69&-60&-15&16&-24&-62&-55\\-65&-70&-57&-6&26&-22&-58&-59\\-6 1&-67&-60&-24&-2&-40&-60&-58\\-49&-63&-68&-58&-51&-60&-70&-53\\-43&-57&-64&-69&-73&-67&-63&-45\\-41&-49&-59&-60&-63&-52&-50&-34\end{array}}\right]\end{array}}{\Bigg \downarrow }y.}$

الخطوة التالية هي إجراء تحويل جيب التمام المنفصل ثنائي الأبعاد، والذي يُعطى بالصيغة التالية:

${\displaystyle \ G_{u,v}={\frac {1}{4}}\alpha (u)\alpha (v)\sum _{x=0}^{7}\sum _{y=0}^{7}g_{x,y}\cos \left[{\frac {(2x+1)u\pi }{16}}\right]\cos \left[{\frac {(2y+1)v\pi }{16}}\right]}$

أين

• ${\displaystyle \ u}$يمثل التردد المكاني الأفقي ، بالنسبة للأعداد الصحيحة${\displaystyle \ 0\leq u<8}$.
• ${\displaystyle \ v}$يمثل التردد المكاني الرأسي، بالنسبة للأعداد الصحيحة${\displaystyle \ 0\leq v<8}$.
• ${\displaystyle \alpha (u)}$و${\displaystyle \alpha (v)}$يتم استخدام عوامل قياس التطبيع لجعل التحويل متعامدًا مع${\displaystyle \alpha (i)={\begin{cases}{\frac {1}{\sqrt {2}}},&{\mbox{if }}i=0\\1,&{\mbox{otherwise}}\end{cases}}}$
• ${\displaystyle \ g_{x,y}}$هي قيمة البكسل عند الإحداثيات${\displaystyle \ (x,y)}$
• ${\displaystyle \ G_{u,v}}$معامل DCT عند الإحداثيات${\displaystyle \ (u,v).}$

إذا قمنا بإجراء هذا التحويل على المصفوفة أعلاه، فسنحصل على ما يلي (مقربًا إلى أقرب رقمين بعد الفاصلة العشرية):

${\displaystyle G={\begin{array}{c}u\\\longrightarrow \\\left[{\begin{array}{rrrrrrrr}-415.38&-30.19&-61.20&27.24&56.12&-20.10&-2.39&0.46\\4.47&-21.86&-60.76&10.25&13.15&-7.09&-8.54&4.88\\-46.83&7.37&77.13&-24.56&-28.91&9.93&5.42&-5.65\\-48.53&12.07&34.10&-14.76&-10.24&6.30&1.83&1.95\\12.12&-6.55&-13.20&-3.95&-1.87&1.75&-2.79&3.14\\-7.73&2.91&2.38&-5.94&-2.38&0.94&4.30&1.85\\-1.03&0.18&0.42&-2.42&-0.88&-3.02&4.12&-0.66\\-0.17&0.14&-1.07&-4.19&-1.17&-0.10&0.50&1.68\end{array}}\right]\end{array}}{\Bigg \downarrow }v.}$

لاحظ المدخل الموجود في الزاوية العلوية اليسرى ذو القيمة الكبيرة نسبيًا. هذا هو معامل التيار المستمر (يُسمى أيضًا المكون الثابت)، والذي يُحدد اللون الأساسي للكتلة بأكملها. أما المعاملات الـ 63 المتبقية فهي معاملات التيار المتردد (تُسمى أيضًا المكونات المتناوبة). ^{[ 57 ]} تتمثل ميزة تحويل جيب التمام المنفصل (DCT) في ميله إلى تجميع معظم الإشارة في زاوية واحدة من النتيجة، كما هو موضح أعلاه. تُعزز خطوة التكميم اللاحقة هذا التأثير مع تقليل الحجم الإجمالي لمعاملات DCT في الوقت نفسه، مما ينتج عنه إشارة يسهل ضغطها بكفاءة في مرحلة الإنتروبيا.

تزيد عملية تحويل جيب التمام المنفصل (DCT) مؤقتًا من عمق البت للبيانات، حيث تتطلب معاملات DCT لصورة مكونة من 8 بتات ما يصل إلى 11 بتًا أو أكثر (بحسب دقة حساب DCT). قد يُجبر هذا برنامج الترميز على استخدام أرقام 16 بت مؤقتًا لتخزين هذه المعاملات، مما يُضاعف حجم تمثيل الصورة في هذه المرحلة؛ وعادةً ما تُعاد هذه القيم إلى قيم 8 بتات بواسطة خطوة التكميم. لا تُشكل الزيادة المؤقتة في الحجم في هذه المرحلة مصدر قلق للأداء بالنسبة لمعظم تطبيقات JPEG، حيث لا يُخزن عادةً سوى جزء صغير جدًا من الصورة بصيغة DCT الكاملة في أي وقت أثناء عملية ترميز الصورة أو فك ترميزها.

التكميم

The human eye is good at seeing small differences in brightness over a relatively large area, but not so good at distinguishing the exact strength of a high frequency brightness variation. This allows one to greatly reduce the amount of information in the high frequency components. This is done by simply dividing each component in the frequency domain by a constant for that component, and then rounding to the nearest integer. This rounding operation is the only lossy operation in the whole process (other than chroma subsampling) if the DCT computation is performed with sufficiently high precision. As a result of this, it is typically the case that many of the higher frequency components are rounded to zero, and many of the rest become small positive or negative numbers, which take many fewer bits to represent.

The elements in the quantization matrix control the compression ratio, with larger values producing greater compression. A typical quantization matrix (for a quality of 50% as specified in the original JPEG Standard), is as follows:

${\displaystyle Q={\begin{bmatrix}16&11&10&16&24&40&51&61\\12&12&14&19&26&58&60&55\\14&13&16&24&40&57&69&56\\14&17&22&29&51&87&80&62\\18&22&37&56&68&109&103&77\\24&35&55&64&81&104&113&92\\49&64&78&87&103&121&120&101\\72&92&95&98&112&100&103&99\end{bmatrix}}.}$

The quantized DCT coefficients are computed with

${\displaystyle B_{j,k}=\mathrm {round} \left({\frac {G_{j,k}}{Q_{j,k}}}\right){\mbox{ for }}j=0,1,2,\ldots ,7;k=0,1,2,\ldots ,7}$

where ${\displaystyle G}$ is the unquantized DCT coefficients; ${\displaystyle Q}$ is the quantization matrix above; and ${\displaystyle B}$ is the quantized DCT coefficients.

Using this quantization matrix with the DCT coefficient matrix from above results in:

${\displaystyle B=\left[{\begin{array}{rrrrrrrr}-26&-3&-6&2&2&-1&0&0\\0&-2&-4&1&1&0&0&0\\-3&1&5&-1&-1&0&0&0\\-3&1&2&-1&0&0&0&0\\1&0&0&0&0&0&0&0\\0&0&0&0&0&0&0&0\\0&0&0&0&0&0&0&0\\0&0&0&0&0&0&0&0\end{array}}\right].}$

For example, using −415 (the DC coefficient) and rounding to the nearest integer

${\displaystyle \mathrm {round} \left({\frac {-415.37}{16}}\right)=\mathrm {round} \left(-25.96\right)=-26.}$

Notice that most of the higher-frequency elements of the sub-block (i.e., those with an x or y spatial frequency greater than 4) are quantized into zero values.

Entropy coding

Entropy coding is a special form of lossless data compression. It involves arranging the image components in a "zigzag" order employing run-length encoding (RLE) algorithm that groups similar frequencies together, inserting length coding zeros, and then using Huffman coding on what is left.

يسمح معيار JPEG أيضًا، ولكنه لا يُلزم، برامج فك التشفير بدعم استخدام الترميز الحسابي ، وهو متفوق رياضيًا على ترميز هوفمان. مع ذلك، نادرًا ما استُخدمت هذه الميزة، نظرًا لأنها كانت تاريخيًا محمية ببراءات اختراع تتطلب تراخيص مدفوعة الأجر، ولأنها أبطأ في التشفير وفك التشفير مقارنةً بترميز هوفمان. عادةً ما يُقلل الترميز الحسابي حجم الملفات بنسبة تتراوح بين 5 و7%. ^{[ 58 ]}

يُستخدم معامل التيار المستمر المُكمّم السابق للتنبؤ بمعامل التيار المستمر المُكمّم الحالي. ويتم ترميز الفرق بينهما بدلاً من القيمة الفعلية. أما ترميز معاملات التيار المتردد المُكمّمة الـ 63 فلا يستخدم هذا التفاضل التنبؤي.

يُعرض أدناه التسلسل المتعرج للمعاملات الكمية المذكورة أعلاه. (التنسيق المعروض هو فقط لتسهيل الفهم/العرض).

-26
-3	0
-3	-2	-6
2	-4	1	-3
1	1	5	1	2
-1	1	-1	2	0	0
0	0	0	-1	-1	0	0
0	0	0	0	0	0	0	0
0	0	0	0	0	0	0
0	0	0	0	0	0
0	0	0	0	0
0	0	0	0
0	0	0
0	0
0

إذا تم تمثيل الكتلة رقم i بواسطة${\displaystyle B_{i}}$ويتم تمثيل المواضع داخل كل كتلة بواسطة${\displaystyle (p,q)}$أين${\displaystyle p=0,1,...,7}$و${\displaystyle q=0,1,...,7}$إذاً، يمكن تمثيل أي معامل في صورة DCT على النحو التالي:${\displaystyle B_{i}(p,q)}$وبالتالي، في المخطط أعلاه، يكون ترتيب ترميز البكسلات (للكتلة رقم i ) هو${\displaystyle B_{i}(0,0)}$،${\displaystyle B_{i}(0,1)}$،${\displaystyle B_{i}(1,0)}$،${\displaystyle B_{i}(2,0)}$،${\displaystyle B_{i}(1,1)}$،${\displaystyle B_{i}(0,2)}$،${\displaystyle B_{i}(0,3)}$،${\displaystyle B_{i}(1,2)}$وهكذا دواليك.

يُطلق على نمط التشفير هذا اسم التشفير التسلسلي الأساسي . يدعم تنسيق JPEG الأساسي أيضًا التشفير التدريجي . بينما يقوم التشفير التسلسلي بتشفير معاملات كتلة واحدة في كل مرة (بطريقة متعرجة)، يقوم التشفير التدريجي بتشفير مجموعة من معاملات جميع الكتل المتشابهة في المواضع دفعة واحدة (تُسمى مسحًا )، متبوعةً بالمجموعة التالية من معاملات جميع الكتل، وهكذا. على سبيل المثال، إذا قُسّمت الصورة إلى N كتلة بحجم 8×8${\displaystyle B_{0},B_{1},B_{2},...,B_{n-1}}$ثم يقوم ترميز تدريجي ثلاثي المسح بترميز مكون التيار المستمر،${\displaystyle B_{i}(0,0)}$لجميع الكتل، أي لجميع${\displaystyle i=0,1,2,...,N-1}$في المسح الأول، يتبع ذلك المسح الثاني الذي يقوم بتشفير عدد قليل من المكونات الإضافية (بافتراض وجود أربعة مكونات إضافية، وهي:${\displaystyle B_{i}(0,1)}$ل${\displaystyle B_{i}(1,1)}$، ولا تزال بطريقة متعرجة) معاملات جميع الكتل (لذا فإن التسلسل هو:${\displaystyle B_{0}(0,1),B_{0}(1,0),B_{0}(2,0),B_{0}(1,1),B_{1}(0,1),B_{1}(1,0),...,B_{N}(2,0),B_{N}(1,1)}$), متبوعًا بجميع المعاملات المتبقية لجميع الكتل في المسح الأخير.

بعد ترميز جميع المعاملات المتشابهة في المواضع، يكون الموضع التالي المراد ترميزه هو الموضع الذي يليه في مسار الترميز المتعرج كما هو موضح في الشكل أعلاه. وقد وُجد أن ترميز JPEG التدريجي الأساسي يُعطي عادةً ضغطًا أفضل مقارنةً بترميز JPEG التسلسلي الأساسي ، وذلك بفضل إمكانية استخدام جداول هوفمان مختلفة (انظر أدناه) مُصممة خصيصًا لترددات مختلفة في كل عملية مسح أو تمرير (والتي تشمل المعاملات المتشابهة في المواضع)، على الرغم من أن الفرق ليس كبيرًا جدًا.

في بقية المقال، يُفترض أن نمط المعامل الناتج يرجع إلى الوضع التسلسلي.

يستخدم معيار JPEG ترميز هوفمان لترميز نمط المعاملات المُولّد أعلاه. يوفر معيار JPEG جداول هوفمان عامة الأغراض؛ كما يمكن للمُشفّرين اختيار توليد جداول هوفمان مُحسّنة لتوزيعات التردد الفعلية في الصور التي يتم ترميزها.

تبدأ عملية ترميز البيانات الكمية المتعرجة بترميز طول التشغيل الموضح أدناه، حيث:

• يمثل x معامل التيار المتردد غير الصفري والمكمم.
• RUNLENGTH هو عدد الأصفار التي سبقت معامل AC غير الصفري هذا.
• الحجم هو عدد البتات المطلوبة لتمثيل x .
• AMPLITUDE هو التمثيل الثنائي لـ x .

تعتمد آلية ترميز طول التشغيل على فحص كل معامل تيار متردد غير صفري x وتحديد عدد الأصفار التي تسبق معامل التيار المتردد السابق. وبناءً على هذه المعلومات، يتم إنشاء رمزين:

الرمز 1	الرمز 2
(طول الجري، المقاس)	(السعة)

يقع كل من RUNLENGTH و SIZE على نفس البايت، مما يعني أن كل منهما يحتوي على أربعة بتات فقط من المعلومات. تتعامل البتات العليا مع عدد الأصفار، بينما تشير البتات الدنيا إلى عدد البتات اللازمة لترميز قيمة x .

يترتب على ذلك مباشرةً أن الرمز 1 لا يستطيع تخزين سوى معلومات تتعلق بأول 15 صفرًا تسبق معامل التيار المتردد غير الصفري. مع ذلك، يُعرّف معيار JPEG كلمتين خاصتين من كلمات ترميز هوفمان. الأولى لإنهاء التسلسل قبل الأوان عندما تكون المعاملات المتبقية أصفارًا (وتُسمى "نهاية الكتلة" أو "EOB")، والثانية عندما يتجاوز تسلسل الأصفار 15 قبل الوصول إلى معامل تيار متردد غير صفري. في هذه الحالة، حيث يُصادف 16 صفرًا قبل معامل تيار متردد غير صفري مُحدد، يُرمّز الرمز 1 "بشكل خاص" على النحو التالي: (15, 0)(0).

تستمر العملية برمتها حتى الوصول إلى "EOB" - المشار إليها بـ (0، 0) - .  

وبناءً على ذلك، يصبح التسلسل السابق كما يلي:

(0, 2)(-3);(1, 2)(-3);(0, 2)(-2);(0, 3)(-6);(0, 2)(2);(0, 3)(-4);(0, 1)(1);(0, 2)(-3);(0, 1)(1);(0, 1)(1);

(0, 3)(5);(0, 1)(1);(0, 2)(2);(0, 1)(-1);(0, 1)(1);(0, 1)(-1);(0, 2)(2);(5, 1)(-1);(0, 1)(-1);(0, 0);

(القيمة الأولى في المصفوفة، -26، هي معامل التيار المستمر؛ وهي لا تُشفّر بنفس الطريقة. انظر أعلاه.)

من هنا، تُجرى حسابات التكرار بناءً على تكرار المعاملات. في مثالنا، معظم المعاملات الكمية هي أعداد صغيرة لا يسبقها مباشرةً معامل صفري. سيتم تمثيل هذه الحالات الأكثر تكرارًا بكلمات رمزية أقصر.

يمكن تعديل نسبة الضغط الناتجة حسب الحاجة من خلال زيادة أو تقليل قوة القواسم المستخدمة في مرحلة التكميم. عادةً ما ينتج عن الضغط بنسبة 10:1 صورة لا يمكن تمييزها بالعين المجردة عن الصورة الأصلية. ويمكن عادةً الوصول إلى نسبة ضغط 100:1، ولكنها ستظهر مشوهة بشكل واضح مقارنةً بالصورة الأصلية. يعتمد مستوى الضغط المناسب على الغرض من استخدام الصورة.

قد يكون مستخدمو شبكة الإنترنت العالمية على دراية بالتشوهات المعروفة باسم " تشوهات الضغط" التي تظهر في صور JPEG، والتي قد تتخذ شكل ضوضاء حول الحواف المتباينة (خاصة المنحنيات والزوايا)، أو صور "مُجزأة". وتعود هذه التشوهات إلى خطوة التكميم في خوارزمية JPEG. وتكون ملحوظة بشكل خاص حول الزوايا الحادة بين الألوان المتباينة (يُعد النص مثالًا جيدًا، لاحتوائه على العديد من هذه الزوايا). أما التشوهات المماثلة في فيديو MPEG فتُعرف باسم " ضوضاء البعوض " ، حيث أن "ازدحام الحواف" الناتج والنقاط الزائفة، التي تتغير بمرور الوقت، تُشبه أسراب البعوض التي تُحيط بالجسم. ^{[ 59 ] [ 60 ]}

يمكن تقليل هذه التشوهات باختيار مستوى ضغط أقل ؛ ويمكن تجنبها تمامًا بحفظ الصورة باستخدام تنسيق ملف غير مضغوط، مع العلم أن ذلك سيؤدي إلى زيادة حجم الملف. تظهر في الصور المُنشأة باستخدام برامج تتبع الأشعة أشكال مربعة واضحة على التضاريس. قد تكون بعض تشوهات الضغط منخفضة الشدة مقبولة عند عرض الصور فقط، ولكنها قد تبرز عند معالجة الصورة لاحقًا، مما يؤدي عادةً إلى جودة غير مقبولة. انظر المثال أدناه، الذي يوضح تأثير الضغط المضغوط على خطوة معالجة كشف الحواف .

صورة	ضغط بدون فقدان للبيانات	ضغط البيانات مع فقدان البيانات
إبداعي
تمت المعالجة بواسطة كاشف حواف كاني

تتيح بعض البرامج للمستخدم تغيير مقدار ضغط كل جزء من أجزاء الصورة. ويُطبَّق ضغط أقوى على المناطق التي تظهر فيها تشوهات أقل. وبهذه الطريقة، يُمكن تقليل حجم ملف JPEG يدويًا مع الحفاظ على جودة الصورة.

بما أن مرحلة التكميم تؤدي دائمًا إلى فقدان بعض المعلومات، فإن معيار JPEG هو دائمًا برنامج ترميز ضغط مع فقدان للبيانات. (تُفقد المعلومات في كل من عملية التكميم وتقريب الأرقام العشرية). حتى لو كانت مصفوفة التكميم عبارة عن مصفوفة من الآحاد ، فستظل المعلومات تُفقد في خطوة التقريب.

تتضمن عملية فك التشفير لعرض الصورة القيام بكل ما سبق بشكل عكسي.

أخذ مصفوفة معاملات تحويل جيب التمام المنفصل (بعد إضافة فرق معامل تحويل جيب التمام المنفصل مرة أخرى)

${\displaystyle \left[{\begin{array}{rrrrrrrr}-26&-3&-6&2&2&-1&0&0\\0&-2&-4&1&1&0&0&0\\-3&1&5&-1&-1&0&0&0\\-3&1&2&-1&0&0&0&0\\1&0&0&0&0&0&0&0\\0&0&0&0&0&0&0&0\\0&0&0&0&0&0&0&0\\0&0&0&0&0&0&0&0\end{array}}\right]}$

وبأخذ حاصل ضرب المدخلات مع مصفوفة التكميم من الأعلى ينتج عنه

${\displaystyle \left[{\begin{array}{rrrrrrrr}-416&-33&-60&32&48&-40&0&0\\0&-24&-56&19&26&0&0&0\\-42&13&80&-24&-40&0&0&0\\-42&17&44&-29&0&0&0&0\\18&0&0&0&0&0&0&0\\0&0&0&0&0&0&0&0\\0&0&0&0&0&0&0&0\\0&0&0&0&0&0&0&0\end{array}}\right]}$

والتي تشبه إلى حد كبير مصفوفة معاملات DCT الأصلية للجزء العلوي الأيسر.

الخطوة التالية هي أخذ تحويل جيب التمام المنفصل ثنائي الأبعاد العكسي (تحويل جيب التمام المنفصل ثنائي الأبعاد من النوع الثالث)، والذي يُعطى بالصيغة التالية:

${\displaystyle f_{x,y}={\frac {1}{4}}\sum _{u=0}^{7}\sum _{v=0}^{7}\alpha (u)\alpha (v)F_{u,v}\cos \left[{\frac {(2x+1)u\pi }{16}}\right]\cos \left[{\frac {(2y+1)v\pi }{16}}\right]}$

أين

• ${\displaystyle \ x}$يمثل صف البكسل، بالنسبة للأعداد الصحيحة${\displaystyle \ 0\leq x<8}$.
• ${\displaystyle \ y}$يمثل عمود البكسل، بالنسبة للأعداد الصحيحة${\displaystyle \ 0\leq y<8}$.
• ${\displaystyle \ \alpha (u)}$هو عامل المقياس المعياري الذي تم تعريفه سابقًا، للأعداد الصحيحة${\displaystyle \ 0\leq u<8}$.
• ${\displaystyle \ F_{u,v}}$يمثل معامل تحويل جيب التمام المنفصل التقريبي عند الإحداثيات${\displaystyle \ (u,v).}$
• ${\displaystyle \ f_{x,y}}$هي قيمة البكسل المعاد بناؤها عند الإحداثيات${\displaystyle \ (x,y)}$

يؤدي تقريب الناتج إلى قيم صحيحة (لأن الأصل كان يحتوي على قيم صحيحة) إلى صورة تحتوي على قيم (لا تزال مزاحة لأسفل بمقدار 128).

توجد اختلافات طفيفة ملحوظة بين الصورة الأصلية (أعلى) والصورة التي تم فك ضغطها (أسفل)، والتي تظهر بوضوح في الزاوية السفلية اليسرى.

${\displaystyle \left[{\begin{array}{rrrrrrrr}-66&-63&-71&-68&-56&-65&-68&-46\\-71&-73&-72&-46&-20&-41&-66&-57\\-70&-78&-68&-17&20&-14&-61&-63\\-63&-73&-62&-8&27&-14&-60&-58\\-58&-65&-61&-27&-6&-40&-68&-50\\-57&-57&-64&-58&-48&-66&-72&-47\\-53&-46&-61&-74&-65&-63&-62&-45\\-47&-34&-53&-74&-60&-47&-47&-41\end{array}}\right]}$

وإضافة 128 إلى كل مدخل

${\displaystyle \left[{\begin{array}{rrrrrrrr}62&65&57&60&72&63&60&82\\57&55&56&82&108&87&62&71\\58&50&60&111&148&114&67&65\\65&55&66&120&155&114&68&70\\70&63&67&101&122&88&60&78\\71&71&64&70&80&62&56&81\\75&82&67&54&63&65&66&83\\81&94&75&54&68&81&81&87\end{array}}\right].}$

هذه هي الصورة الفرعية بعد فك الضغط. بشكل عام، قد تنتج عملية فك الضغط قيمًا خارج نطاق الإدخال الأصلي لـ${\displaystyle [0,255]}$إذا حدث هذا، يحتاج جهاز فك التشفير إلى قص قيم الإخراج للحفاظ عليها ضمن هذا النطاق لمنع تجاوز السعة عند تخزين الصورة التي تم فك ضغطها بعمق البت الأصلي.

يمكن مقارنة الصورة الفرعية غير المضغوطة بالصورة الفرعية الأصلية (انظر أيضًا الصور على اليمين) عن طريق حساب الفرق (الأصلية - غير المضغوطة) مما ينتج عنه قيم الخطأ التالية:

${\displaystyle \left[{\begin{array}{rrrrrrrr}-10&-10&4&6&-2&-2&4&-9\\6&4&-1&8&1&-2&7&1\\4&9&8&2&-4&-10&-1&8\\-2&3&5&2&-1&-8&2&-1\\-3&-2&1&3&4&0&8&-8\\8&-6&-4&-0&-3&6&2&-6\\10&-11&-3&5&-8&-4&-1&-0\\6&-15&-6&14&-3&-5&-3&7\end{array}}\right]}$

بمتوسط ​​خطأ مطلق يبلغ حوالي 5 قيم لكل بكسل (أي،${\displaystyle {\frac {1}{64}}\sum _{x=0}^{7}\sum _{y=0}^{7}|e(x,y)|=4.8750}$).

يظهر الخطأ بشكل أوضح في الزاوية السفلية اليسرى حيث تصبح البكسل السفلية اليسرى أغمق من البكسل الموجود على يمينها مباشرة.

تُحدد دقة التنفيذ المطلوبة لبرنامج ترميز JPEG ضمنيًا من خلال المتطلبات المُصاغة للامتثال لمعيار JPEG. هذه المتطلبات مُحددة في توصية ITU.T T.83 | ISO/IEC 10918-2. ^{[ 61 ]} على عكس معايير MPEG والعديد من معايير JPEG اللاحقة، تُحدد الوثيقة المذكورة أعلاه دقة التنفيذ المطلوبة لكلٍ من عملية الترميز وفك الترميز لبرنامج ترميز JPEG من خلال الحد الأقصى المسموح به للخطأ في تحويل جيب التمام المنفصل (DCT) الأمامي والعكسي في نطاق DCT، كما هو مُحدد بواسطة تدفقات اختبار مرجعية. على سبيل المثال، يجب ألا يتجاوز ناتج تنفيذ برنامج فك الترميز خطأ وحدة تكميم واحدة في نطاق DCT عند تطبيقه على تدفقات الترميز المرجعية للاختبار المُقدمة كجزء من المعيار المذكور أعلاه. على الرغم من أن هذا الأمر غير معتاد، وعلى عكس العديد من المعايير الأخرى والأكثر حداثة، فإن ITU.T T.83 | ISO/IEC 10918-2 لا تُحدد حدود الخطأ في نطاق الصورة.

للعلم، تتطلب صورة RGB النقطية غير المضغوطة ذات 24 بت الموضحة أدناه (73242 بكسل) حجم 219726 بايت (باستثناء رؤوس المعلومات الأخرى). تشمل أحجام الملفات الموضحة أدناه رؤوس معلومات JPEG الداخلية وبعض البيانات الوصفية . بالنسبة للصور عالية الجودة (Q=100)، يلزم حوالي 8.25 بت لكل بكسل ملون. أما في الصور الرمادية، فيكفي 6.5 بت كحد أدنى لكل بكسل (تتطلب معلومات الألوان بجودة Q=100 مماثلة حوالي 25% بتات مشفرة إضافية). الصورة عالية الجودة الموضحة أدناه (Q=100) مشفرة بتسعة بتات لكل بكسل ملون، بينما تستخدم الصورة متوسطة الجودة (Q=25) بتًا واحدًا لكل بكسل ملون. بالنسبة لمعظم التطبيقات، يجب ألا يقل عامل الجودة عن 0.75 بت لكل بكسل (Q=12.5)، كما هو موضح في الصورة منخفضة الجودة. تستخدم الصورة ذات الجودة الأدنى 0.13 بت فقط لكل بكسل، وتعرض ألوانًا رديئة للغاية. يُعدّ هذا مفيدًا عند عرض الصورة بحجم مُصغّر بشكل ملحوظ. وقد وُصفت طريقة لإنشاء مصفوفات تكميم أفضل لجودة صورة مُحدّدة باستخدام نسبة الإشارة إلى الضوضاء (PSNR) بدلًا من عامل الجودة (Q) في دراسة مينغيون وبوجول (2001). ^{[ 62 ]}

ملاحظة: الصور أعلاه ليست صور اختبار IEEE / CCIR / EBU ، ولم يتم تحديد إعدادات المشفر أو توفيرها. 

صورة	جودة	الحجم (بايت)	نسبة الضغط	تعليق
	أعلى جودة (Q  =  100)	81,447	2.7:1	قطع أثرية طفيفة للغاية
	جودة عالية (Q  =  50)	14,679	15:1	العلامات الأولية لتشوهات الصور الفرعية
	جودة متوسطة (Q  =  25)	9407	23:1	تشوهات أقوى؛ فقدان معلومات التردد العالي
	جودة منخفضة (Q  =  10)	4787	46:1	يؤدي فقدان الترددات العالية الشديد إلى ظهور تشوهات واضحة على حدود الصور الفرعية ("التشويش الكلي").
	أدنى جودة (Q  =  1)	1523	144:1	فقدان شديد للألوان والتفاصيل؛ تكاد الأوراق لا تُعرف.

تستخدم الصورة متوسطة الجودة 4.3% فقط من مساحة التخزين المطلوبة للصورة غير المضغوطة، مع فقدان طفيف للتفاصيل أو تشوهات مرئية. مع ذلك، بمجرد تجاوز عتبة ضغط معينة، تظهر عيوب متزايدة الوضوح في الصور المضغوطة. راجع مقالة نظرية معدل التشوه للاطلاع على شرح رياضي لهذا التأثير. من أبرز قيود تنسيق JPEG في هذا الصدد بنيته التحويلية غير المتداخلة ذات 8×8 بكسل. تُظهر التصاميم الحديثة، مثل JPEG 2000 و JPEG XR، تدهورًا أكثر سلاسة في الجودة مع انخفاض استخدام البتات  ، وذلك باستخدام تحويلات ذات نطاق مكاني أوسع لمعاملات التردد المنخفض، وباستخدام دوال أساسية تحويلية متداخلة.

JPS هي صورة JPEG مجسمة تُستخدم لإنشاء تأثيرات ثلاثية الأبعاد من صور ثنائية الأبعاد. تحتوي على صورتين ثابتتين، واحدة للعين اليسرى والأخرى للعين اليمنى، مُشفّرتين كصورتين متجاورتين في ملف JPEG واحد. JPEG Stereoscopic (JPS، امتداد .jps) هو تنسيق JPEG للصور المجسمة . ^{[ 75 ] [ 76 ]} يحتوي على مجموعة من التكوينات المخزنة في حقل علامة JPEG APP3، ولكنه عادةً ما يحتوي على صورة واحدة بعرض مضاعف، تمثل صورتين متطابقتين في الحجم بترتيب متقاطع (أي الإطار الأيسر في النصف الأيمن من الصورة والعكس صحيح). يمكن عرض هذا التنسيق كصورة JPEG بدون أي برامج خاصة، أو يمكن معالجته للعرض في أوضاع أخرى.

تنسيق JPEG متعدد الصور (MPO، امتداده .mpo) هو تنسيق قائم على JPEG لتخزين صور متعددة في ملف واحد. يحتوي على ملفين أو أكثر من ملفات JPEG مدمجة معًا. ^{[ 78 ] [ 79 ]} كما يُعرّف مقطع علامة JPEG APP2 لوصف الصورة. تستخدمه أجهزة متنوعة لتخزين الصور ثلاثية الأبعاد، مثل Fujifilm FinePix Real 3D W1 و HTC Evo 3D وكاميرا الفيديو JVC GY-HMZ1U AVCHD/MVC و Nintendo 3DS و Panasonic Lumix DMC-TZ20 و DMC-TZ30 و DMC-TZ60 وDMC-TS4 (FT4) و Sony DSC-HX7V. وتستخدمه أجهزة أخرى لتخزين "صور معاينة" يمكن عرضها على التلفزيون.

في السنوات القليلة الماضية، ونظراً لتزايد استخدام الصور المجسمة، بذل المجتمع العلمي جهوداً كبيرة لتطوير خوارزميات لضغط الصور المجسمة. ^{[ 80 ] [ 81 ]}

نشأت تقنية JPEG LS عام 1993 ونُشرت تحت مسمى ISO-14495-1/ITU-T.87، وهي توفر تنسيق ملفات غير مضغوط ذي تعقيد منخفض، ما يجعلها أكثر كفاءة من تطبيق JPEG الأصلي غير المضغوط. كما أنها تتضمن وضعًا مضغوطًا مع فقدان بيانات قريب من الوضع غير المضغوط. وتقتصر وظائفها إلى حد كبير على ذلك، وتشترك في معظم القيود مع JPEG الأصلي في جوانب أخرى.

نُشر معيار JPEG 2000 تحت مسمى ISO/IEC 15444 في ديسمبر 2000. وهو يعتمد على تحويل المويجات المنفصلة (DWT)، وقد صُمم ليحل محل معيار JPEG الأصلي تمامًا ويتفوق عليه في جميع الجوانب. يسمح هذا المعيار بما يصل إلى 38 بت لكل قناة لونية و16384 قناة، وهو عدد يفوق أي تنسيق آخر، مع دعمه لمجموعة واسعة من مساحات الألوان، وبالتالي نطاق ديناميكي عالٍ (HDR). علاوة على ذلك، يدعم ترميز الشفافية ألفا، وصورًا بدقة مليارات البكسل، وهو أيضًا عدد يفوق أي تنسيق آخر، بالإضافة إلى الضغط غير الفاقد للبيانات. وقد حسّن بشكل ملحوظ نسبة الضغط الفاقد للبيانات مع تقليل التشوهات المرئية بشكل كبير عند مستويات الضغط العالية. ^{[ 91 ]}

تم نشر معيار JPEG XT (ISO/IEC 18477) في يونيو 2015؛ وهو يُوسّع تنسيق JPEG الأساسي بدعمٍ لأعماق بتات صحيحة أعلى (تصل إلى 16 بت)، وتصوير بنطاق ديناميكي عالٍ، وتشفير النقطة العائمة، والتشفير بدون فقدان، وتشفير قناة ألفا. تتوافق هذه الإضافات مع الإصدارات السابقة من تنسيق ملف JPEG/JFIF الأساسي، ومع الصور المضغوطة ذات 8 بت مع فقدان البيانات. يستخدم JPEG XT تنسيق ملف قابل للتوسيع قائم على JFIF. تُستخدم طبقات التوسيع لتعديل طبقة JPEG الأساسية ذات 8 بت واستعادة الصورة عالية الدقة. البرامج الحالية متوافقة مع الإصدارات اللاحقة، ويمكنها قراءة دفق JPEG XT الثنائي، مع العلم أنها ستفك تشفير طبقة 8 بت الأساسية فقط. ^{[ 92 ]}

تم نشر معيار JPEG XL (ISO/IEC 18181) في الفترة 2021-2022. وهو يحل محل تنسيق JPEG بتنسيق جديد مجاني يعتمد على تحويل جيب التمام المنفصل (DCT) ، ويتيح إعادة ترميز فعالة كخيار تخزين لصور JPEG التقليدية. ^{[ 93 ]} صُمم التنسيق الجديد ليتفوق على أداء ضغط الصور الثابتة الذي توفره تنسيقات HEIF HM و Daala و WebP . يدعم صورًا بدقة مليار بكسل في مليار بكسل، ونطاقًا ديناميكيًا عاليًا يصل إلى 32 بت لكل مكون مع دوال النقل المناسبة ( PQ و HLG )، وترميزًا جزئيًا للصور التركيبية مثل خطوط الصور النقطية والتدرجات اللونية، والصور المتحركة، وترميز قناة ألفا، وخيارًا لترميز الألوان RGB/YCbCr/ ICtCp . ^{[ 94 ] [ 95 ] [ 96 ] [ 97 ]}