JPEG 2000 – лучшая альтернатива JPEG
На рубеже веков, Joint Photographic Experts Group создали то, что они считают следующим поколением сжатия изображений в формате JPEG. Имя было дано в соответствии с переломным годом: JPEG 2000. Стандарт обещал лучшую производительность сжатия с улучшенным качеством изображения. Тем не менее, несмотря на то, что стандарт был выпущен пятнадцать лет назад, большинство фотографов не используют его, когда сохраняют свою работу в Photoshop. Сегодня мы исследуем преимущества и недостатки формата, который уже, кажется, стал историей.
JPEG 2000 является гораздо лучшим решением, чем исходный формат JPEG. Благодаря использованию сложного метода кодирования файлы JPEG 2000 могут сжиматься с меньшей потерей, чем мы могли бы увидеть невооружённым взглядом. Кроме того, формат файла подвержен меньшему количеству ошибок файловой системы, а это значит, что есть меньшая вероятность повреждения файлов.
(Слева – JPEG, справа – JPEG 2000) Обратите внимание на артефакты в оригинальном формате.
Те, кто выбирают сохранение файлов в стандарте JPEG 2000 также могут выбирать между использованием сжатия или сохранением файла без потерь, чтобы сохранить оригинальную детализацию. Также формат поддерживает более высокий динамический диапазон благодаря поддержке большей глубины цвета.
Таким образом, остается вопрос: почему никто не использует JPEG 2000? Ответить на этот вопрос не просто и нет гарантии, что любой из ответов будет верен. Тем не менее, есть несколько аспектов, которые, возможно, способствовали слабому распространению JPEG 2000.
Реклама
(Слева – JPEG, справа – JPEG 2000)JPEG 2000 был совершенно другим форматом на основе нового кодека. Это означает, что формат не имеет обратной совместимости. Те, кто хотел иметь поддержку JPEG 2000, должны были использовать совершенно новый код в новом стандарте. Кроме того, обработка файлов JPEG 2000 более сложная, что требует дополнительной вычислительной мощности. В начале этого тысячелетия данный вопрос стоял особенно остро.
Пользователям и предприятиям пришлось бы использовать более мощные компьютеры или терять производительность, продолжая работать на старых машинах. Сегодня это не является ограничивающим фактором, но в 2000 году в среднем компьютер имел около 64 Мб памяти.
Кроме того, производители камер и веб-сайты не были готовы принять новый формат до того, как он получит широкое распространение. А потребители не были готовы использовать новый формат в работе до того, как его начнут поддерживать производители фотооборудования и сайты. По сей день популярные фото-сайты, такие как Flickr и 500px еще не поддерживают формат изображения JPEG 2000.
JPEG 2000 является прекрасной альтернативой использованию оригинального формата, выпущенного в начале 1990-х. Если вы решите использовать данный формат, будьте готовы к тому, что не сможете опубликовать свои снимки в интернете. Кроме того, ваша фотокамера не умеет создавать снимки в данном формате.
Единственный выход – это конвертация RAW в JPEG 2000, а в мире интернет общения это едва ли будет удачным выбором. Формат висит на волоске. Сейчас он в основном используется в промышленности, где нужно сохранять максимальное качество изображения при малом размере файла.
Технические детали: Все изображения в сравнениях были экспортированы в формате JPEG и JPEG2000 при 50% сжатия. Два изображения были помещены бок о бок и сохранены в виде файла PNG с минимальным сжатием.
Алгоритмы MPEG4 и JPEG2000 — какой лучше?
В статье рассматриваются две наиболее популярные технологии сжатия видеоданных — MPEG-4 Part 10 и JPEG2000, их сильные и слабые стороны, а также возможности их применения в различных приложениях. Публикация представляет собой перевод [1].
Введение
В прошлые годы видеозапись и ее распространение стали достаточно простым делом благодаря появлению новых стандартов видеосжатия и распаковки (восстановления) данных.
Аналоговые видеоприложения традиционно требовали больших инвестиций в инфраструктуру, чтобы обеспечить необходимый функционал для записи и распространения даже при очень малом количестве каналов и использовании видеостандарта старшего поколения PAL/NTSC.
С появлением видеостандарта HD (High Definition) намного более высокие скорости передачи данных, записываемых и передаваемых в цифровом виде, потребовали разработки новых технологий.
Задача разработки новой системы решается и с помощью трансиверов с гигабитными скоростями передачи данных по отдельным каналам (а не за счет усложнения инфраструктуры путем введения дополнительных параллельных каналов), и с помощью аппаратных (или программных) кодеров и декодеров, которые позволяют уменьшить ширину полосы на каждый канал видеоданных и сократить потребность в памяти. В итоге уменьшается время разработки и совокупная стоимость системы.
264) и JPEG2000. Оба этих кодека имеют относительные преимущества и недостатки, поэтому, прежде чем сравнивать результаты отдельных тестов, следует сначала проанализировать их возможности, чтобы понять, для каких приложений эти кодеки лучше всего пригодны. При этом мы не будем анализировать аудио- и другие соответствующие метаданные. Технология кодека
В основе работы любого видеокодека лежит принцип сокращения избыточной (невидимой глазом) информации в изображении, благодаря чему до некоторой степени уменьшается количество данных, используемых для представления изображения. Если данные сжать в еще большей мере, то восстановленное изображение будет содержать артефакты, природа которых зависит от алгоритма сжатия и распаковки, а также содержимого изображения. Артефакты, появившиеся при сжатии данных с помощью одного кодека, могут быть в чем-то более предпочтительными по сравнению со случаем использования другого кодека.
Ограничения на ширину полосы сети являются очень важным предметом анализа.
Если используется традиционная сетевая инфраструктура, следует понимать, что она не в состоянии обеспечить достаточное количество каналов для передачи HD-видео даже в случае применения технологии Gigabit Ethernet, что связано с требованиями к памяти. Поскольку для некоторых приложений требуется, чтобы видеоданные хранились в памяти несколько дней, возникает необходимость в больших объемах памяти жестких дисков, что увеличивает стоимость системы. При этом речь идет не столько о цене самого запоминающего устройства, сколько о возможности извлечения носителя с данными, записанными, например, на бортовую видеокамеру военного самолета, для последующего анализа информации в наземном пункте. В
MPEG-4 Part 10
Стандарт видеосжатия MPEG-4 Part 10 (Motion Picture Experts Group — Группа экспертов по видео) появился в 2003 г.
Принцип, лежащий в основе кодирования MPEG-4, заключается в работе кодека над группой изображений, которые можно отнести к трем разным типам. Тип “I-кадр” (кадр с внутренним кодированием) представляет собой отдельный сжатый кадр, который находится в начале каждой группы изображений. Два других типа изображений предопределяют изменения (при смене кадров) между всеми I-кадрами. Первым типом кадра со ссылкой на предыдущее изображение является P-кадр (предсказанный кадр), в котором указана разница между текущим и предшествующем кадрами. В B-кадре содержится информация о разности между текущим кадром, предшествующим и последующим кадрами.
В результате сжатия изображения требования к полосе пропускания уменьшаются, т.
Рис. 1. Пример внутри- и межкадрового кодирования |
Степень выраженности этого эффекта зависит от исходного материала. Если изображения от кадра к кадру меняются в очень незначительной мере, например, при воспроизведении заката солнца или больших площадей одного цвета, межкадровые изменения невелики, благодаря чему достигается требуемый коэффициент уплотнения и более точное восстановление изображений. В случае сжатия кадров из кинофильмов, где одна сцена быстро сменяется другой и в кадре присутствуют быстро перемещающиеся объекты, междкадровое предсказание работает плохо.
JPEG2000
JPEG2000 — преемник стандарта JPEG (Joint Photographic Experts Group — объединенная группа экспертов по фотографии), который появился в начале 1990-х гг. для кодирования и хранения неподвижных изображений. Стандарт Motion JPEG2000 работает еще и с движущимися изображениями. В отличие от стандарта MPEG-4, использующего меж- и внутрикадровое кодирование, в JPEG применяется только внутрикадровое кодирование. Это значит, что каждый кадр сжимается отдельно, и кодер не учитывает информацию о предыдущих и последующих изображениях. В отличие от MPEG-4, JPEG2000 может работать с потерями и без них. Дискретное вейвлетное преобразование, составляющее основу этого алгоритма, использует либо реверсивный фильтр (без потерь), либо нереверсивный фильтр (с потерями), но обеспечивает более высокий коэффициент сжатия для каждого случая.
Благодаря тому, что каждый кадр сжимается отдельно, у кодека JPEG2000 имеется ряд преимуществ перед
MPEG-4. Например, время задержки, требуемое для сжатия кадра, короче, т.к. этот кодек не использует информацию о разнице между предшествующим и последующим кадрами. Поскольку при кодировании кадры не пропускаются, между каждым кадром кодированного и декодированного видеопотока существует прямая корреляция, что позволяет редактировать видеоматериал. Недостаток кодека JPEG2000 в том, что он обязан кодировать и передавать каждый кадр по отдельности, в отличие от алгоритма MPEG-4, который отправляет только данные о разнице между кадрами. Это значит, что при использовании кодека JPEG2000 требования к ширине полосы канала и объему памяти выше. Алгоритм JPEG2000 является более устойчивым к ошибкам при передаче данных, чем MPEG-4: небольшая потеря данных в потоке JPEG2000 менее заметна по сравнению со случаем применения MPEG-4.
Механизм декодирования JPEG2000 более ресурсоемкий, чем MPEG-4.
Это значит, что хотя JPEG2000 и декодируется с помощью программного обеспечения, например, на стандартном центральном процессоре ПК, нагрузка на хост-процессор увеличивается, затрудняя решение других задач или приводя в крайних случаях к потере кадров. Следовательно, при использовании кодека JPEG2000 необходимо применять аппаратный декодер, чтобы ускорить выполнение операций.Экспериментальные результаты
Чтобы количественно определить качество сжатия каждого из двух кодеков в зависимости от размеров файла, была создана экспериментальная установка для кодирования разных типов материалов с различными скоростями сжатия. Результаты оценивались по размеру сжатого файла и качеству видеоданных после их восстановления. В обоих случаях использовалась плата для аппаратного сжатия на базе стандартной платформы персонального компьютера, а для распаковки применялся программный кодек (хотя частота передачи кадров уменьшается при распаковке методом JPEG2000, на размере файла и качестве изображений это обстоятельство не сказывается).
Цель эксперимента состояла, главным образом, не в сравнении качества сжатия двух кодеков, а в том, чтобы определить требования к размеру памяти и качеству восстановленных изображений для конкретного исходного материала.
Исходные видеоматериалы были выбраны для тестирования каждого кодека по такому параметру как скорость сжатия и качество восстановленных файлов. В качестве первого видеоматериала использовался файл NASA, кадры которого содержали множество динамических сцен, а контраст между сменяющими друг друга кадрами был достаточно велик. Второй файл (NATURE) содержал меньшее число сцен с движущимися объектами; смена цветов в кадрах происходила не в очень широком динамическом диапазоне.
Для тестирования выходного сигнала кодека MPEG-4 на ноутбук был подан входной DVI-сигнал (после преобразования HDMI-DVI) с аппаратного кодека MPEG-4 H.264 SPMC компании Curtiss-Wright Controls Embedded Computing, управляемого стандартным ПК. Качество кодека выбирается в диапазоне коэффициента сжатия 1–51. Поскольку номинальное значение кодека равно 30, в эксперименте были выбраны величины 15, 30 и 45.
Аналогично, в случае с кодеком JPEG2000 использовалась плата Curtiss-Wright XMC-280 со входом DVI. Поскольку качество кодека определяется скоростью передачи данных, тестирование проводились на скоростях 30, 20 и 10 Мбит/с, причем с использованием того же видеоматериала, что и в случае с MPEG-4.
Обе платы видеозахвата со входом DVI, оснащенные программным обеспечением Sentric2 версии 1.8.1, работали под управлением ОС Ubuntu 10.
4 LTS. В интересах корректного сравнения оба кодека работали в режиме с потерями.Результаты обоих экспериментов представлены в таблице 1.
Таблица 1. Пример межкадрового и внутрикадрового кодирования
| MPEG-4 | JPEG2000 | ||||
Размер файла, Мбайт | Коэффициент сжатия 15 | Коэффициент сжатия 30 | Коэффициент сжатия 45 | 30 Мбит/с | 20 Мбит/с | 10 Мбит/с |
Высокая энтропия (NASA) | 451 | 67 | 17 | 1100 | 730 | 378 |
Средняя энтропия (NATURE) | 387 | 56 | 19 | 1000 | 714 | 375 |
Синтезированная графика и текст (SOFT SCAN) | 81 | 35 | 17 | 1100 | 702 | 349 |
MPEG-4
При коэффициенте сжатия равном 15 изображения, восстановленные с помощью кодека MPEG-4, воспринимаются невооруженным глазом почти естественными.
При большем коэффициенте сжатия, например 30, в некоторых частях изображения появляются артефакты в виде мозаики, а кадры подергиваются. Однако эти эффекты не так велики, и видеоизображение имеет относительно неплохое качество. При еще большем сжатии видеокадры распадаются на пикселы, они сменяют друг друга с существенно меньшей скоростью, и качество видео падает.
Фрагменты с ошибками кодирования при воспроизведении заметно выделяются теми участками, где картинка не была восстановлена, в результате чего появляются одноцветные полосы шириной 15–20 пикселов. Следует заметить, что размеры файлов во всех трех случаях совпадают при максимальном сжатии видеоматериалов.
JPEG2000
С точки зрения качества, кодек JPEG2000 очень хорошо работает на 30 Мбит/с. Это значит, что восстановленные видеоданные практически идентичны исходным. При 20 Мбит/с качество немного ухудшается — в изображении появляется однородный шум, однако его объекты имеют четко очерченные края. На 10 Мбит/с шум становится более выраженным, вызывая размытость изображения во всем кадре.
В отличие от случая применения MPEG-4, изображение самого низкого качества, восстановленное кодеком JPEG2000, по-прежнему выглядит вполне пригодным, а объекты хорошо различаются.
Выводы
Полученные результаты однозначно свидетельствуют о том, что у стандарта MPEG-4 менее жесткие требования к передаче потокового видео по сети и хранению данных. Однако кодек JPEG2000 обеспечивает лучшее качество изображения. Применение этого кодека намного выгоднее за счет того, что он совершает меньше ошибок при передаче и кодировании данных, а благодаря его покадровой природе видеоданными можно легко манипулировать в сжатом виде. С этой точки зрения, MPEG-4 представляет собой «цифровой формат VHS», который не поддается редактированию.
Хотя нельзя напрямую сравнивать два кодека из-за разных методов сжатия, в целом понятно, что использование JPEG2000 ухудшает качество восстановленных изображений в гораздо меньшей мере во всем диапазоне параметров сжатия, однако требует относительно большего объема памяти и ширины полосы пропускания сети при передаче данных или потокового видео.
В некоторых приложениях оба кодека находят свое применение. Например, компания Curtiss-Wright недавно получила заказ на такое решение, которое обеспечило бы в реальном времени передачу потокового видеосигнала от датчиков системы видеонаблюдения удаленным операторам по территориально распределенной сети. Полоса пропускания этой сети была очень мала, а видеозапись высокого качества требовалось хранить для последующего анализа. Система была реализована с помощью двух кодеков: MPEG-4 кодировал видеопоток в реальном времени, передавая его операторам, тогда как видео формата JPEG2000 сохранялось на дисковом массиве типа RAID.
Литература
1. Comparison of MPEG4 (H.264) and JPEG2000 Video Compression and Decompression Algorithms//www.cwcembedded.com.
Формат JPEG против формата JPEG2000 в (2022 г.) + Почему он никогда не был популярным Затем пришли и ушли 2000 и 2001 годы. Люди, родившиеся в 2000 году, заканчивают среднюю школу!
В области цифровой фотографии 2000 год был годом, когда Объединенная группа экспертов по фотографии представила то, что, по мнению некоторых, должно было стать следующим стандартом цифровых изображений — JPEG2000.
Как обстоят дела с JPEG против JPEG2000? Продолжайте читать, чтобы узнать!
Что такое формат JPEG2000?
Формат JPEG2000 предназначен для замены формата файлов цифровых изображений JPEG. JPEG2000 представляет собой нечто большее, чем просто обновление или изменение характеристик стандарта JPEG. Он основан на совершенно другой технологии.
Стандарты важны по целому ряду причин. Без какого-либо общепринятого способа измерения, создания или использования вещей в мире можно было бы сделать очень немногое.
Идея стандартов уходит своими корнями в далекое прошлое. Некоторые стандарты, с которыми мы хорошо знакомы, используются для измерения размера, веса и расстояния. Стандарты жизненно важны для бизнеса, технологий, науки и повседневных, мирских вещей.
Метрическая система — это стандарт, который многие из нас используют, не моргнув глазом. Наши линзы измеряются в миллиметрах. Объектив 35 мм от нового Pentax будет иметь то же фокусное расстояние, что и объектив 35 мм от старой Exacta.
Если штатив, сделанный в Калифорнии, весит 3 килограмма, фотограф в Маниле может ожидать, что там такой же штатив будет весить 3 килограмма.
JPEG — это стандарт для создания, хранения и использования файлов цифровых фотографий. Он был принят производителями компьютеров, камер и систем памяти на раннем этапе развития цифровых изображений.
Кроме того, файлы изображений JPEG легко хранить и использовать, но они имеют некоторые ограничения. То, как они сжимают данные, является одним из основных недостатков использования JPEG, поэтому существует несколько альтернативных форматов изображений, таких как TIFF и PNG.
Почему JPEG2000 так и не взлетел?
Хотя сжатие данных — не такая уж плохая идея, оно позволяет использовать файлы разумного размера, во-первых, оно ограничивает качество фотографических изображений. JPEG2000 был изобретен прежде всего для преодоления этого ограничения.
Между прочим, проблема не в самом сжатии, а в том, является ли сжатие с потерями или без потерь.
Сжатие без потерь объединяет данные без потери каких-либо важных цифровых деталей.
Кроме того, сжатие с потерями удаляет некоторую информацию, которая дублируется в файле изображения.
На экране монитора компьютера или смартфона вы, вероятно, не заметите большой разницы в качестве между цифровым изображением с потерями и без потерь.
При работе с изображением в программе обработки или постобработки изображений, а также при печати больших физических отпечатков вы начнете замечать некоторые ограничения сжатия с потерями в формате JPEG.
JPEG2000 использует сжатие без потерь, а также определяемое пользователем сжатие с потерями, которое не удаляет так много данных, как JPEG с потерями. Расширения файлов JPEG2000, если вы когда-нибудь их видели, — это .jpx и .jp2. Поскольку это лучший формат, почему он не более распространен?
В качестве частичного ответа можно вспомнить аналогичную ситуацию, которая имела место в 1970-х и 80-х годах. Великие войны с видеокассетами между Sony и JVC.
Японская корпорация Victor (JVC) выпустила VHS в 1976 году, Sony выпустила Betamax в 1975.
Оба были предназначены для домашнего видео, а также для профессионального использования. Форматы несовместимы друг с другом.
Почти во всех отношениях, которые можно было измерить, формат Betamax превосходил VHS, хотя в некоторых отношениях едва ли. Но рынок потребительского домашнего видео практически обогнал VHS.
Причина не имела ничего общего с предполагаемыми проблемами качества, все дело было в распространении стандарта среди других производителей.
JVC предоставила другим производителям лицензии на производство видеокассет за плату. Сони нет. Таким образом, VHS быстро проник на рынок.
Аналогичная ситуация с JPEG vs JPEG2000, но без битв брендов. Формат JPEG уже глубоко проник на рынок.
JPEG2000 не был обратно совместим с JPEG. Таким образом, производители и инженеры должны будут включать оба стандарта во все, что они делают.
Хотя JPEG2000 является превосходным форматом, немногие компании беспокоятся о нем.
Помимо того, что JPEG был практически повсеместным, уже существовали и другие форматы без потерь, а именно TIFF и PNG.
Таким образом, фирмам, рассматривающим возможность выпуска продуктов, совместимых с JPEG2000, будь то аппаратное или программное обеспечение, просто не было необходимости в расходах.
Различия между JPEG и JPEG2000
Различия между JPEG и JPEG2000 заключаются в том, как они создаются и как используются. JPEG основан на дискретном косинусном преобразовании, а JPEG2000 основан на вейвлетах.
Впоследствии немногие люди, не являющиеся инженерами-программистами, точно понимают, что это значит, но для остальных это в основном означает, что они — яблоки и апельсины. Совсем не совместимы.
Что касается того, как они используются, это интересует фотографов. JPEG-файлы кодируются со сжатием с потерями.
Другими словами, не все данные, присутствующие в электронной информации, захваченной цифровым датчиком, фактически попадают в файл изображения JPEG.
По этой причине многие фотографы снимают в формате RAW камеры, чтобы получить информацию, записанную в форме, которую можно прочитать и которой можно манипулировать.
JPEG2000 записывает без потерь. Он по-прежнему сжат, но в некотором смысле важные данные не теряются.
Другими словами, данные сжимаются таким образом, чтобы можно было полностью восстановить данные. При сжатии с потерями записываются только частичные данные, остальные удаляются навсегда.
Наряду со сжатием существуют различия в размерах файлов. Вообще говоря, файл JPEG будет меньше, чем файл JPEG2000.
Плюсы использования формата JPEG2000
Преимущество использования JPEG2000, при условии, что у вас есть устройства и программы, которые могут его использовать, заключается в том, что вы сохраняете большую часть реальных данных, полученных цифровым датчиком.
Это означает, что вы можете вносить глубокие изменения и корректировки при постобработке. Это также означает, что вы должны иметь возможность делать физические отпечатки больших размеров.
Это также позволяет кодировать большое количество метаданных в файле. Метаданные — это дополнительная информация о данных в файле.
Конечно, это можно вручную закодировать позже. Полезными типами метаданных являются информация об экспозиции и авторские права.
JPEG2000 также поддерживает более высокие динамические диапазоны, чем JPEG. Таким образом, для чтения, использования или настройки доступно больше данных об экспозиции и цвете.
Минусы использования формата JPEG2000
Кроме цифрового кино, я не нашел ни одной камеры, записывающей в формате JPEG2000. И эти цифровые кинокамеры записывают в формате Motion JPEG2000 или .mj2 и .mjp2.
Ни один веб-браузер не читает JPEG2000 без использования какого-либо подключаемого модуля. Есть довольно много программ и приложений, которые не имеют кода для JPEG2000, хотя некоторые основные программы имеют.
Вы когда-нибудь находили очень старую киноленту и очень хотели посмотреть, что на ней изображено? Чтобы увидеть данные, экспонированные и проявленные изображения, вам нужно было найти какое-то оборудование, совместимое с форматом фильма.
Помимо подгонки, нужно было еще и проигрывать фильм на нужной скорости. Затем вы можете просмотреть то, что было записано.
Таким же образом, если вам прислали файл JPEG2000, вам придется просмотреть его в совместимой программе на устройстве, поддерживающем стандарт.
Верно и обратное. Отправьте клиенту или другу файл JPEG2000, и они не смогут его прочитать, вы только вызовете разочарование.
Какой из них следует использовать?
JPEG2000 превосходит JPEG, но менее удобен. Это основной вывод, к которому мы приходим. Уже существуют другие форматы без потерь, такие как формат вашей камеры RAW, TIF, PNG и PSD.
Для отправки файлов небольшого размера отлично работает JPEGS, а JPEGS можно читать практически на любом устройстве с экраном просмотра. JPEGS также может использоваться веб-браузерами.
Конечно, в битве между JPEG и JPEG2000 превосходит более новый формат, JPEG2000.
Но как сказано в одной древней книге, не всегда быстрые побеждают в гонках, как и могучие в своих битвах.
Как бы то ни было, «меньший» формат оказался большим победителем.
JP2 — Формат файла изображения
Что такое файл JP2?
JPEG 2000 ( JP2 ) — это система кодирования изображений и современный стандарт сжатия изображений. Он использует технологию вейвлета для одновременного кодирования контента без потерь любого качества. Более того, без существенного снижения эффективности кодирования, JPEG 2000 имеет возможность доступа и эффективного декодирования одного и того же контента во множество других разрешений и качеств. Потоки кода в JPEG 2000 значительно масштабируемы, имея интересующие области, которые обеспечивают возможность пространственного произвольного доступа.
JPEG 2000 считается одним из самых масштабируемых стандартов. Различные части изображения могут быть сохранены с использованием различных качеств. Заметного повышения производительности можно добиться, упорядочив кодовый поток различными способами. Тем не менее, JP2 требует сложных и вычислительно сложных кодеров/декодеров, как результат этой гибкости.
По сравнению с JPEG, JPEG 2000 создает только артефакты звона, которые создают кольца возле края изображения и могут быть размытыми, в то время как JPEG использует блоки визуальных артефактов 8×8, которые могут быть как звонами, так и блокирующими артефактами. Обладая до 16384 различных компонентов с размерами в терапикселях и точностью, которая может достигать 38 бит/выборка.
История
В 2000 году комитет Объединенной группы экспертов по фотографии разработал JP2 с целью улучшить свой собственный стандарт JPEG на основе дискретного косинусного преобразования с помощью этого нового метода на основе вейвлета. Комитет JPEG стремился предоставить свои базовые методы без лицензионных отчислений. В лицензии JP2, выиграв конкуренцию среди 20 компаний, они выиграли с минимальным отрывом. JPEG 2000 был объявлен стандартом ISO, хотя большинство веб-браузеров не готовы протянуть руку помощи JPEG 2000 с 2017 года.
Части JPEG 2000 Система кодирования изображений
Ниже приведены основные части, которые составляют полный набор стандартов для JPEG 2000.
| Часть | Титул | Описание | № | Описание | № | Описание | № | . | Базовая система кодирования | Определяет синтаксис кодового потока. Различные этапы декодирования изображений JPEG 2000. Объясняет базовый формат файла JP2, метаданные и предоставляемые права интеллектуальной собственности. | ISO/IEC 15444-1 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Часть 2 | Расширения | Определяет расширения для потока кода формата файла и позволяет демонстрировать образцы HDR, спецификацию цветового пространства, обрезку, геометрические преобразования; разнообразная анимация, метаданные и несколько потоков кода. | ISO/IEC 15444-2 | ||||||||
| Часть 3 | Motion JPEG 2000 (MJ2 или MJP2) | Ввести формат файла для последовательностей движения, кодируя изображения в независимом кодовом потоке. | ISO/IEC 15444-3 | ||||||||
| Часть 4 | Соответствие | Устанавливает методы тестирования для кодирования и декодирования и проверяет файлы как для потоков чистого кода, так и для файлов JP2. | ISO/IEC 15444-4 | ||||||||
| Часть 5 | Эталонное программное обеспечение | Включает два пакета исходного кода (Java, C), которые реализуют систему кодирования Core и доступны по лицензиям с открытым исходным кодом. | ИСО/МЭК 15444-5 | ||||||||
| Часть 6 | Формат файла составного изображения | Определяет формат файла JPM и позволяет создавать изображения многостраничных документов для приложений, подобных факсу. Поддерживает использование JBIG2 и JPEG. | ISO/IEC 15444-6 | ||||||||
| Часть 8 | JPEG 2000 Secured (JPSEC) | Обеспечивает безопасность транзакций, содержимого и технологий, а также позволяет использовать защищенные битовые потоки JPEG 2000. | ISO/IEC 15444-8 | ||||||||
| Часть 9 | JPIP | Определяет инструменты в сетевой среде для доступа к метаданным и изображениям, а также устанавливает интерактивные и эффективные протоколы | ISO/IEC 15444-9 | ||||||||
| Часть 10 | JP3D | Объемное расширение Части 1 и введение размера Z. Расширяет концепцию плиток, кодовых блоков, зон и трехмерных областей интереса. | ISO/IEC 15444-10 | ||||||||
| Часть 11 | JPWL | Служит для хорошо организованной передачи по подверженной ошибкам беспроводной сети. Это расширение совместимо с декодерами | ISO/IEC 15444-11 | ||||||||
| Часть 13 | Кодер начального уровня | Определяет реализацию кодера начального уровня базовой системы кодирования. | ISO/IEC 15444-13 | ||||||||
| Часть 14 | JPXML | Представление в XML и объясняет сегменты маркеров и методы доступа к внутренним данным изображения. | ISO/IEC 15444-14 | ||||||||
| Часть 15 | HTJ2K (в разработке) | Задает альтернативный алгоритм блочного кодирования. Алгоритм предлагает десятикратно увеличенную пропускную способность и кодирование/декодирование без потерь. |
Формат файла JP2
JPEG 2000 определяет формат файла, а также кодовый поток так же, как JPEG-1.
Хотя образцы изображений описываются исключительно JPEG 2000, JPEG-1 включает другую дополнительную информацию о цветовом пространстве и разрешении, необходимую для кодирования изображения. Если изображение хранится как файл JPEG 2000, в качестве расширения используется .jp2 . Этот формат файла дополнительно улучшен расширением JPEG 2000 часть-2, которое определяет механизмы анимации и конфигурацию многочисленных потоков кода в одном изображении. Расширение .jpx используется, когда изображения сохраняются с использованием этого расширенного формата файла. Поскольку данные кодового потока не считаются сохраненными в основном в файлах, для этой цели не определено стандартное расширение. Хотя в целях тестирования он часто получает расширение .jpc или .j2k . В отличие от JPEG-1, JPEG 2000 выбирает другой способ кодирования метаданных в формате XML. Стандарт 12234-1.4 (комитет ISO TC42) используется в качестве ссылки между тегами Exif и компонентами XML.
JPEG 2000 может содержать стандарт ISO, XMP внутри.
Фрагменты
Файлы JPEG 2000 состоят из последовательных фрагментов. Каждый чанк имеет 8-байтовый заголовок: 4-байтовый размер чанка (с обратным порядком байтов, сначала старший байт) и 4-байтовый тип чанка — одна из предопределенных сигнатур: «jP» или «jP2».
Второй чанк должен быть тип «ftyp» и имеет подтип по смещению 8. JPEG 2000 определяется подтипом, который должен быть одним из значений: «jp2» (тип файла *.JP2), «jp20» (тип файла *.JPA), «jpm» (тип файла *.JPM), «jpx» (тип файла *.JPX).
Перебирая фрагменты, пока не будет обнаружен неизвестный тип, мы создаем файл изображения/видео JPEG 2000.
Преобразование цвета
Первоначально требуется преобразование изображений из цветового пространства RGB в другое цветовое пространство. Для этого существует два способа: необратимое преобразование цвета (ICT) и обратимое преобразование цвета (RCT). В первом используется цветовое пространство YC,B,C,R, и оно должно быть реализовано в фиксированной/плавающей точке, тогда как позднее используется модифицированное цветовое пространство YUV и обратимый характер.
// //Не ограничивается моделью RGB, JPEG Язык 2000 использует многокомпонентное преобразование.
Мозаика
Когда преобразование цвета выполнено, изображение преобразуется в прямоугольные области, называемые плитками, которые можно преобразовывать и кодировать отдельно. Размер всех плиток будет одинаковым или все изображение можно рассматривать как одну плитку. Декодер использует тайлы и потребляет меньше памяти или может частично кодировать некоторые тайлы. Хотя этот метод имеет недостаток в виде ухудшения качества изображения.
Вейвлет-преобразование
Изображение после тайлинга подвергается вейвлет-преобразованию, которое может быть необратимым или обратимым и реализуется с использованием схемы свертки или подъема.
Коэффициент сжатия
В зависимости от физических характеристик изображения достигается усиление сжатия на 20%. Предсказание пространственной избыточности JPEG 2000 играет жизненно важную роль в процессе сжатия, и изображения с высоким разрешением, как правило, получают наибольшее преимущество.