Dr Jarosław Duda z Wydziału Matematyki i Informatyki Uniwersytetu Jagiellońskiego opracował algorytm kodowania entropijnego ANS. jest on kluczowym elementem technologii JPEG XL, która rewolucjonizuje wirtualny świat.
Cyfrowa fotografia i internetowe obrazy od ponad trzech dekad opierają się na standardzie JPEG. Trudno wyobrazić sobie współczesny Internet bez grafik i zdjęć. Jeszcze trudniej – bez formatu JPEG, który od początku lat 90. umożliwiał masową dystrybucję fotografii cyfrowej. Format JPEG okazał się opcją przełomową, gdyż jako jedyny oferował kompromis między jakością a rozmiarem pliku, który w realiach ówczesnych łączy internetowych i możliwości sprzętowych miał fundamentalne znaczenie. JPEG zapewniał wystarczającą jakość przy radykalnie mniejszym rozmiarze danych. To właśnie ta proporcja pozwoliła fotografii cyfrowej wyjść poza środowiska specjalistyczne i stać się elementem codziennej komunikacji, dając początek cyfrowej rzeczywistości, która niedługo miała na trwałe zmienić świat.
Dzisiejsze realia technologiczne wymagają jednak bardziej zaawansowanych narzędzi. Obrazy wyświetlamy na ekranach o bardzo wysokiej rozdzielczości, coraz powszechniejsze stają się treści HDR, a miliardy użytkowników oczekują natychmiastowego dostępu do treści wizualnych. Skala generowanych danych rośnie lawinowo, zaś efektywność kompresji przekłada się nie tylko na wygodę użytkownika, ale także na koszty infrastruktury i zużycie energii.
W odpowiedzi na te wyzwania powstał JPEG XL, czyli nowoczesny standard kompresji obrazu, który od 2022 roku funkcjonuje jako międzynarodowa norma. Jego celem nie jest jedynie zastąpienie klasycznego JPEG-a, ale wyznaczenie nowego punktu równowagi między jakością, funkcjonalnością a efektywnością przetwarzania danych. JPEG XL umożliwia zmniejszenie rozmiaru plików choćby o kilkadziesiąt procent względem tradycyjnego JPEG-a przy zachowaniu wyższej jakości wizualnej. Obsługuje także szeroką rozpiętość tonalną (HDR), większe przestrzenie barw, przezroczystość znaną z formatu PNG, animacje oraz progresywne dekodowanie, za pomocą którego obraz stopniowo poprawia swoją jakość w trakcie wczytywania. Co istotne, standard ten wspiera zarówno kompresję stratną (wykorzystywaną w fotografii), jak i bezstratną (istotną w grafice czy archiwizacji). Z perspektywy infrastrukturalnej oznacza to szybsze ładowanie stron internetowych, mniejsze zużycie transferu danych, niższe koszty przechowywania oraz ograniczenie obciążenia energetycznego centrów danych.
Jednym z kluczowych elementów technologicznych JPEG XL jest algorytm kodowania entropijnego ANS (Asymmetric Numeral Systems). Jego twórcą jest dr Jarosław Duda z Wydziału Matematyki i Informatyki UJ. Kodowanie entropijne stanowi podstawowy etap nowoczesnej kompresji danych. To właśnie ono odpowiada za maksymalne wykorzystanie statystycznej struktury informacji w celu zmniejszenia liczby zapisywanych bitów. Tym samym, ANS łączy wysoką efektywność kompresji z dużą wydajnością obliczeniową, co czyni go szczególnie przydatnym w zastosowaniach wymagających szybkiego przetwarzania danych.
Algorytmy oparte na ANS znalazły zastosowanie w wielu współczesnych systemach kompresji, a sam mechanizm stanowi jeden z filarów standardu JPEG XL. Oznacza to, iż rozwiązanie opracowane na Uniwersytecie Jagiellońskim współtworzy dziś globalną infrastrukturę przetwarzania obrazów.
„Rozwój współczesnych standardów technologicznych jest efektem współpracy wielu ośrodków badawczych i przemysłowych na całym świecie. Przykład algorytmu ANS i jego zastosowania w JPEG XL pokazuje, iż istotny wkład w tę globalną infrastrukturę mogą wnosić również zespoły akademickie. Metoda opracowana na Uniwersytecie Jagiellońskim stała się częścią międzynarodowych rozwiązań wykorzystywanych w systemach kompresji obrazu, które wpływają na sposób przechowywania i przesyłania danych wizualnych. To przykład przenikania się badań podstawowych z praktycznymi zastosowaniami technologicznymi w skali globalnej” 0 informuje Uniwersytet Jagielloński.
(za uj.edu.pl)
