Cyfrowa fotografia i obrazy publikowane w internecie od ponad trzydziestu lat opierają się na standardzie JPEG. Dziś jednak jego miejsce stopniowo zajmuje nowa generacja kompresji obrazu – JPEG XL. Jednym z kluczowych elementów tej technologii jest algorytm kodowania entropijnego ANS, opracowany przez dr. Jarosława Dudę z Wydziału Matematyki i Informatyki Uniwersytetu Jagiellońskiego w Krakowie. Rozwiązanie określane często jako „kodowanie z UJ” stało się częścią międzynarodowego standardu wykorzystywanego w nowoczesnym przetwarzaniu obrazu.
Trudno wyobrazić sobie współczesny internet bez grafik i fotografii. Jeszcze trudniej bez formatu JPEG, który od początku lat 90. umożliwiał masową dystrybucję cyfrowych zdjęć. W tamtym czasie nie był jedynym rozwiązaniem, jednak to właśnie on okazał się przełomowy. Oferował kompromis między jakością obrazu a rozmiarem pliku, co w realiach ówczesnych łączy internetowych i możliwości sprzętowych miało kluczowe znaczenie.
W porównaniu z ciężkimi, nieskompresowanymi bitmapami czy bezstratnym, lecz często generującym większe pliki formatem PNG, JPEG zapewniał wystarczającą jakość przy znacznie mniejszym rozmiarze danych. Dzięki temu fotografia cyfrowa przestała być domeną specjalistów i stała się częścią codziennej komunikacji, zapoczątkowując rozwój cyfrowej rzeczywistości, która zmieniła sposób funkcjonowania internetu.
Współczesna skala przetwarzania danych wymaga jednak bardziej zaawansowanych technologii. Obrazy wyświetlane są dziś na ekranach o bardzo wysokiej rozdzielczości, coraz powszechniejsze stają się treści HDR, a miliardy użytkowników oczekują natychmiastowego dostępu do materiałów wizualnych. Ilość generowanych danych rośnie lawinowo, a skuteczna kompresja ma znaczenie nie tylko dla wygody użytkowników, lecz także dla kosztów infrastruktury i zużycia energii w centrach danych.
Odpowiedzią na te wyzwania jest standard JPEG XL, który od 2022 roku funkcjonuje jako międzynarodowa norma kompresji obrazu. Jego zadaniem nie jest jedynie zastąpienie klasycznego JPEG-a, ale stworzenie nowego standardu łączącego wysoką jakość obrazu z dużą efektywnością przetwarzania danych. JPEG XL pozwala zmniejszyć rozmiar plików nawet o kilkadziesiąt procent w porównaniu z tradycyjnym JPEG-em przy jednoczesnym zachowaniu lepszej jakości wizualnej.
Standard ten obsługuje między innymi szeroką rozpiętość tonalną HDR, większe przestrzenie barw, przezroczystość znaną z formatu PNG, animacje oraz progresywne dekodowanie, dzięki któremu obraz stopniowo poprawia swoją jakość podczas ładowania. Może być wykorzystywany zarówno w kompresji stratnej, stosowanej w fotografii, jak i bezstratnej, istotnej w grafice czy archiwizacji danych. W praktyce oznacza to szybsze ładowanie stron internetowych, mniejsze zużycie transferu danych oraz ograniczenie kosztów przechowywania informacji.
Jednym z kluczowych elementów technologicznych JPEG XL jest algorytm kodowania entropijnego ANS (Asymmetric Numeral Systems). Jego twórcą jest dr Jarosław Duda z Uniwersytetu Jagiellońskiego. Kodowanie entropijne stanowi jeden z najważniejszych etapów nowoczesnej kompresji danych, ponieważ pozwala maksymalnie wykorzystać statystyczną strukturę informacji w celu zmniejszenia liczby zapisywanych bitów.
Algorytm ANS łączy wysoką skuteczność kompresji z dużą wydajnością obliczeniową. Dzięki temu znajduje zastosowanie w systemach wymagających szybkiego przetwarzania dużych ilości danych. Rozwiązania oparte na ANS są wykorzystywane w wielu współczesnych systemach kompresji, a sam mechanizm stanowi jeden z filarów standardu JPEG XL.
Oznacza to, że technologia opracowana na Uniwersytecie Jagiellońskim współtworzy dziś globalną infrastrukturę przetwarzania obrazów. Standard JPEG XL jest stopniowo wprowadzany do ekosystemów technologicznych. Wspierają go kluczowe przeglądarki internetowe, został przyjęty w wybranych systemach operacyjnych oraz wskazany jako preferowany format obrazu w standardzie PDF.
Znajduje także zastosowanie w obrazowaniu medycznym, gdzie wysoka jakość obrazu i efektywna kompresja mają szczególne znaczenie. Co więcej, kodowanie entropijne oparte na ANS jest również istotnym elementem standardu JPEG AI, czyli pierwszego systemu kompresji obrazu opartego w pełni na sztucznej inteligencji.
Przykład algorytmu ANS pokazuje, że zespoły akademickie mogą mieć realny wpływ na rozwój globalnych technologii. Rozwiązanie opracowane na Uniwersytecie Jagiellońskim stało się częścią międzynarodowych standardów wykorzystywanych w systemach kompresji obrazu, które każdego dnia wpływają na sposób przechowywania i przesyłania danych wizualnych w internecie.
