JPEG XL Compression Ratio Improvement

At the end of 2019, 70% of all data sent in ICT networks are data representing images. This percentage is expected to grow over time. It is estimated that JPEG files are used by 75.7% of all websites. The Joint Photographic Experts Group (JPEG) committee is working on a new standard (JPEG XL) in order to offer significantly better image quality and compression ratios compared to legacy JPEG.The aim of this thesis is to modify the JPEG XL reference implementation to improve the compression ratio. To achieve this goal, multiple approaches were taken.One of them is the prediction of AC coefficients. Based on neighboring DCT coefficients and the least squares approximation, we are trying to predict the values of encoding coefficients.Another approach is to predict distributions of DCT coefficients based on the already decoded pixel values of neighboring blocks.We have implemented such predictions to compare that approach with optimization methods already existing in the reference implementation.The first chapter describes the image compression theory. The second chapter provides details on JPEG XL and its format. Chapter 3 is concerned with the statistical methods used in this thesis. In the fourth chapter, we discuss the ideas of improvements we have applied to libjxl. The fifth chapter presents and compares the outcomes of the improvements. Finally, the last chapter summarizes the work and its results.

Końcem roku 2019, obrazki stanowiły 70% wszystkich danych wysyłanych w sieciach ICT. Przypuszcza się, że ta liczba będzie rosła z czasem. Według szacunków obrazy JPEG są wykorzystywane przez 75.7% strony internetowych. Komitet Joint Photographic Experts Group (JPEG) pracuje nad nowym standardem (JPEG XL), który w porównaniu do poprzednika (JPEG) ma dostarczyć istotnie lepszą jakość obrazu oraz współczynniki kompresji.Przedmiotem tej pracy jest modyfikacja referencyjnej implementacji JPEG XL w celu poprawy współczynnika kompresji. Podjęliśmy się zaaplikowania dwóch różnych podejść, by osiągnąć ten zamiar.Jednym z pomysłów jest predykcja wartości współczynników AC. Na podstawie sąsiadujących bloków DCT, oraz przy pomocy aproksymacji liniowej metodą najmniejszych kwadratów, przewidzieliśmy wartości kodujących współczynników.Drugim podejściem jest predykcja rozkładów, według których występują współczynniki DCT, bazująca na zdekodowanych wartościach pikseli z sąsiadujących bloków DCT.Zaimplementowane przez nas predykcje porównaliśmy z metodami, które są już w referencyjnej implementacji.Rozdział pierwszy opisuje teorię kompresji obrazu. Rozdział drugi przedkłada szczegóły techniczne standardu JPEG XL oraz jego formatu. W rozdziale trzecim opisane są metody z dziedziny statystki, które zostały wykorzystane w liczeniu predykcji. Rozdział czwarty przestawiamy pomysły ulepszeń jakie zastosowaliśmy. W rozdziale piątym prezentujemy i porównujemy wyniki. Rozdział szósty reasumuje pracę oraz jej rezultaty.