Para corroborar que el nuevo codec proporciona la calidad de imagen que requieren las aplicaciones profesionales, el comité JPEG elaboró un conjunto de metodologías de evaluación dedicadas de manera específica a la compresión sin pérdida visualmente apreciable. A continuación, resumiremos los resultados más importantes.

Evaluación objetiva de calidad de un ciclo simple

Con el propósito de abarcar un gran número de imágenes diferentes, se realizó una evaluación objetiva, calculando la Proporción Pico Señal-Ruido de la Secuencia (SPSNR) entre 𝑀 imágenes originales 𝐶𝑘 (𝑘 ∈ [1, 𝑀]) y las imágenes 𝐶𝑘 comprimidas y descomprimidas una vez.

Proporción Pico Señal-Ruido de la Secuencia (SPSNR)
Proporción Pico Señal-Ruido de la Secuencia (SPSNR)

𝐼𝑚𝑎𝑥 es el valor máximo posible. 𝑁𝑐 (𝑘) el número de componentes 𝑐, y 𝑤𝑐 es el factor de ponderación del color. Establece que 𝑤1,2,3 = 1/3 para contenido en 4:4:4 mientras que el contenido en 4:2:2 utiliza 𝑤1 = 1/2 y 𝑤2,3 = 1/4. El material de prueba contenía imágenes naturales e imágenes generadas por ordenador, así como contenido de pantalla como el que se muestra en la siguiente imagen.

Conjunto de imágenes fijas de referencia.
Conjunto de imágenes fijas de referencia.

En la gráfica se representa de forma ejemplar la SPSNR que se obtuvo para todas las secuencias en 4:4:4 a 8 bits del contenido de pantalla indicado.

Gráfica SPSNR
Gráfica SPSNR

Los datos demuestran claramente que –incluso en sus estadios previos de desarrollo– el codec JPEG XS era casi tan bueno como un codec JPEG 2000 –basado en estructuras de mosaico– a la hora de cumplir con las restricciones de latencia. El JPEG 2000, no obstante, presenta una complejidad mucho mayor. El codec JPEG XS también es mejor que el VC-2, a pesar de que este último se extiende por medio de una transformada de color que no estaba prevista por el estándar de la Sociedad estadounidense de Ingenieros de Cine y Televisión (SMPTE).

Comparativa entre codecs sobre una imagen fija de referencia.
Comparativa entre codecs sobre una imagen fija de referencia.

Por otra parte, también se puede apreciar que codecs tradicionales como el HEVC o el perfil broadcast del JPEG 2000 –que se denomina J2K BC en la gráfica– son más útiles y prácticos para aplicaciones que no necesitan ni una latencia baja ni una complejidad reducida, pero que requieren una relación de compresión lo más alta posible.

Evaluación objetiva de calidad multi-ciclo

Con objeto de asegurarse de que múltiples ciclos de codificación y decodificación no acumulan pérdidas de calidad, también se ha calculado la SPSNR para diez ciclos de codificación y decodificación. Los resultados demuestran que el codec JPEG XS mantiene la calidad inicial y –en consecuencia– se pueden utilizar para flujos de trabajo comprimidos en cadenas de producción de vídeo y de emisión profesional broadcast en televisión. Todos los codecs restantes muestran una decadencia de calidad mucho más intensa. Podemos concluir abiertamente que el JPEG XS proporciona la mejor calidad de entre todos los codecs a partir del cuarto ciclo de codificación y decodificación.

Evaluación subjetiva de calidad multi-ciclo

Como los parámetros objetivos de medida no pueden predecir de manera precisa la percepción de la calidad de imagen por parte del sistema visual humano, se realizaron también pruebas subjetivas de sustitución –con las imágenes que presentaban un desafío mayor–. Con tal propósito, se dividió la pantalla en dos regiones –mostrando dos veces el mismo recorte de la imagen–. El procedimiento consistía en mostrar sólo la imagen original en un lado de la pantalla partida mientras que en la otra parte se alternaba entre dicha imagen original y la comprimida. El observador no debía saber en qué parte de la pantalla se iba a realizar la sustitución de imágenes. Luego se solicitaba a todos los observadores que identificaran el lado en el que se alternaban imágenes. Preguntar a un gran número de observadores diferentes permitió calcular la siguiente medida de calidad de imagen:

Medida de calidad
Medida de calidad

 

La variable 𝑛𝑜𝑘 representa el número de calificaciones en las que el observador identificó correctamente el lado en el que se alternaban imágenes. En cambio, la variable 𝑛𝑛𝑑 representa el número de calificaciones en las que el observador no fue capaz de decidirse entre los dos lados. Teniendo en cuenta que –estadísticamente– el mero hecho de adivinar en qué lado se alternan las imágenes debería tener como resultado un 𝑛𝑜𝑘 = 0,5 x 𝑛𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙, un valor de calidad de 𝑞 = 0 significaría que todos los observadores pudieron detectar los artefactos de compresión, mientras que un valor de calidad de 𝑞 = 1 se correspondería con una compresión –sin pérdida visualmente apreciable– perfecta.

Número de calificaciones por sujeto.
Número de calificaciones por sujeto.

Como los seres humanos podemos detectar estas diferencias entre imágenes muy bien, semejante clase de pruebas son muy sensibles a cualquier tipo de artefactos de compresión –incluyendo los desplazamientos en los tonos de color–. Las pruebas de evaluación de calidad consumen gran cantidad de tiempo. Aquellas a las que hemos podido tener acceso por el momento son las que se realizaron al principio del proceso de estandarización y no reflejan las últimas mejoras en el codec, aunque indican una clara tendencia.

Resultados de las pruebas subjetivas
Resultados de las pruebas subjetivas

La imagen que precede a estas líneas representa los resultados de las pruebas subjetivas. Muestra las medidas de calidad subjetiva –obtenidas en ecuación– de seis imágenes –ARRI, mosca, música, pantalla, herramientas, y Grupo de Expertos en Calidad de Vídeo (VQEG)– y tres codecs –JPEG XS, JPEG 2000 con estructura de mosaico y VC–. Revela que tanto el codec JPEG 2000 como el codec JPEG XS superan de forma evidente al codec VC-2. Además, con la excepción de la imagen denominada “mosca” –a seis bits por píxel–, el JPEG XS es igual o incluso superior al JPEG 2000 en las relaciones de compresión probadas.

Conclusión y panorama actual

El JPEG XS es un codec de vídeo de baja complejidad que aspira a compensar el incremento constante de los requerimientos de ancho de banda en la producción cinematográfica y televisiva. El proceso de estandarización y las consiguientes mejoras de dicho codec demuestran un rendimiento muy bueno. El estándar final está disponible desde 2018.

Codec JPEG SX
Codec JPEG SX

Se han definido perfiles de aplicación específica que restringen las combinaciones de parámetros permisibles para incrementar la interoperatividad, así como el soporte para HDR. La prueba de fuego internacional del JPEG XS tendrá lugar con la emisión en 8K de los Juegos Olímpicos de Tokio 2020 por parte de la NHK japonesa, que ya ha comenzado sus emisiones regulares con los parámetros necesarios.

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