Jpeg2000: JPEG 2000, JPEG-XR и WebP в стране упущенных возможностей / Хабр — Главная

Содержание

JPEG 2000, JPEG-XR и WebP в стране упущенных возможностей / Хабр

Ни для кого не секрет, что первым пунктом в оптимизации сайтов стоит

графика

. Потому многие крупные корпорации годами пыхтят над разработкой оптимальных форматов, в перспективе способных заменить

существующие

и разом осчастливить и разработчиков, и пользователей. Но лягушка все никак не превратится в царевну, и в распределении форматов по сети из года в год ничего интересного не происходит:

Попробуем разобраться, почему JPEG 2000, JPEG-XR и WebP все еще пасут задних, и действительно ли они такие классные, как заявлено.

JPEG 2000

Отличный формат сжатия, поддерживает компрессию как с потерями качества, так и без, а также прозрачность и прогрессивное сжатие. Заявлено сжатие на 20% лучше, чем в

обычном JPEG

, и при этом главной фишкой является отсутствие артефактов при сильной компрессии.

Недостаток – слабая поддержка, и от этого очень скудное распространение в сети.

JPEG-XR

Жмет фотки еще лучше и еще быстрее, чем JPEG 2000, возможен вариант

lossless

, при этом поддерживает разные степени прозрачности и прогрессивное сжатие. Сжимает якобы на 50…75% лучше, чем JPEG, при этом сохраняя приличное качество. Так заявлено. В конце материала поэкспериментируем и проверим, не разводят ли нас.

Поддержка

— только старым добрым IE 9 и старше.

WebP

Является полностью открытым стандартом. Поддерживает как lossy, так и lossless, и компрессит картинки на 30…40% лучше JPEG’а. Единственный минус по сравнению с двумя предыдущими – не поддерживает прогрессивное сжатие. Зато

гораздо лучше поддерживается браузерами

и имеет более светлое будущее.

Поддержка

Не смотря на очевидные преимущества, ни JPEG 2000, ни JPEG-XR, ни WebP пока не светит занять место среди самых популярных форматов сети. Почему? Потому что договориться не могут. Посмотрим на поддержку:

Использование

Неправильно:

<img src="myimage.webp"/>

Так картинка правильно отобразится только в дружественном браузере.

Правильно:

<picture>   
<source srcset='myimage.jxr' type='image/vnd.ms-photo'>   
<source srcset='myimage.jp2' type='image/jp2'>   
<source srcset='myimage.webp' type='image/webp'>   
<img srcset='myimage-quant.png' alt='myimage'> </picture>

Встроенную поддержку &ltpicture&gt имеют только Chrome, Opera и последняя версия Firefox, но с помощью

picturefill

подстраиваемся и под другие браузеры. После загрузки скрипта добавьте к &lthead&gt следующее:

<script async=true src=/path/to/js/picturefill.js></script>

Сработает для WEBP and SVG. Для остальных форматов сразу после тега &ltscript&gt добавляем:

<script async=true src=/path/to/picturefill.js></script> 
<script async=true src=/path/to/jxr.js></script> 
<script async=true src=/path/to/jp2.js></script>

Ура. Картинка корректно отобразится в разных браузерах.

Сравниваем JPEG-XR и Webp

Мы решили на конкретном примере проверить, кто же лучше жмет картинки — JPEG-XR или WebP. Для этого мы собрали JPEG-картинки из лучших публикаций Хабры за последний месяц, и каждую поочередно сжали в WebP и в JPEG-XR с помощью

этого

инструментов.

Средний показатель сжатия для JPEG-XR составил 48%, а для WebP — 60%. Если рассматривать каждую картинку отдельно, то в 80% случаев WebP справился с задачей лучше, чем JPEG-XR на 10…25%.

Вот, например, один и тот же манул, сжатый в JPEG-XR и в WebP.

Как видим, данные отличаются от заявленных.

Конспект

JPEG 2000, JPEG-XR и WebP — инновационные форматы, не получившие должного признания в вебе.
Ни один из браузеров не поддерживает хотя бы два из этих форматов.
К общему знаменателю можно прийти с помощью picturefill.
Вопреки заявленным значениям, WebP сжимает фотки в среднем на 10…25% лучше, чем JPEG-XR.

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.

(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.

(Слева – JPEG, справа – JPEG 2000) Обратите внимание на различия сжатия.

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.

comments powered by HyperComments

Jpeg2000 — графический формат с новыми возможностями и преимуществами

Тенденция в мире цифрового фото складывается весьма интересная – ещё вчера радовались фотоаппаратам с разрешающей способностью в 10 Мп.

Позавчера – приходили в восторг от фотокамер в 3 Мп, позволяющих делать фото размером 2048 х 1536 пикселей, ого!

На сегодняшний день снимками в 16 мегапикселей вряд ли кого удивишь. Спору нет: изначальная тенденция была весьма привлекательной. Подразумевался рост качества снимка пропорционально его разрешению в мегапикселях и, соответственно, размеру файла.

Тем не менее, количество мегапикселей в фотографиях продолжает увеличиваться, но размеры матриц фотоаппаратов за ними не спешат. Практически достигнут предел, когда наращивать количество мегапикселей на матрице без увеличения её реального размера нет смысла.

Это приводит к повышению уровня шумов, качество снимка падает. С другой стороны – снимки в 10 Мп с разрешением 3648 х 2736 точек могут занимать 4-8 Мб на диске.

Даже при не очень большом количестве фото, для съёмных устройств хранения это будет уже чувствительным. К тому же обработка таких файлов графическими редакторами требует наличия значительных аппаратных ресурсов компьютера.

Обратим внимание, что речь идёт об изображениях, сохраняемых в старом добром JPEG при качестве выше среднего. Если же говорить о не компрессированных снимках в формате RAW или BMP, то нужно увеличить размер файла в 6-10 раз.

Профессиональная фотосъёмка подразумевает хранение отснятого материала как раз в форматах RAW или BMP, хотя бы временно.

Таким образом, сохранение снимков с разрешением 10 Мп в формате RAW приведёт к необходимости использовать множество флеш-карт для хранения таких файлов.

Отвлечёмся на время от формата RAW и профессиональной фотосъёмки — поговорим о хранении фотографий в сжатых форматах.

Jpeg2000 — возможности и преимущества формата

Разумеется, нас — энтузиастов и любителей фотографии интересует возможность снижения размера файла при сохранении на диск при тех же показателях визуального качества и том же размере фотокадра.

Один из возможных выходов в данной ситуации – хранение снимков в формате Jpeg 2000 с расширением файла jp2 или j2k.

Несмотря на то, что алгоритм компрессии в Jpeg2000 и сам формат существуют более 10 лет, широкого распространения он пока не получил, в силу очень прочных позиций его «старшего брата» — JPEG.

По этой же причине пока не так много графических программ способных просматривать и редактировать файлы Jpeg 2000.

Есть ли смысл в переходе к данному формату? Определённо, да. Компрессор Jpeg2000 может обеспечивать высокое визуальное качество снимков, а собственно это нам и нужно, не уступая JPEG.

При этом файлы будут иметь значительно меньший вес. Особенно это заметно при росте разрешения фотографий — достигается выигрыш в 15-20 раз при сжатии с потерями качества и до 5 раз при сжатии без потерь.

Но не будем голословными:

На приведённых снимках глаз человека не способен уловить какие-либо качественные различия, хотя во втором случае мы имеем сжатие с 20% качества относительно исходного JPEG.

Но предел ли это? Далее мы снижали качество до 10%, результат — 601 Кб против 4,869 Мб. Размер файла уменьшается в 8 раз. Можно скачать это изображение в формате jp2.

Особые, бросающиеся в глаза различия отсутствуют. Желающим и скептикам достаточно повторить опыт самим, чтобы убедиться.

Jpeg2000 Compressor

Для перекодировки как одиночных снимков так и массивов снимков можно использовать программу Jpeg2000 Compressor.

Данная программа – бесплатная. Её можно скачать на сайте разработчика в разделе freeware под названием A3D Compressor.

С помощью данного приложения можно переконвертировать графические файлы форматов JPEG и BMP в Jpeg2000. Есть также возможность установки качества выходного изображения относительно исходного снимка.

Перечень программ-просмотрщиков файлов jp2 пока довольно бедноват, однако, в частности, последние версии Photoshop, GIMP и ряда браузеров способны адекватно отображать файлы Jpeg 2000.

Из просмотрщиков же, по мнению автора, заслуживает внимания небезызвестная программа FastStone Image Viewer, являющаяся бесплатной для домашнего использования.

Конвертация в Jpeg2000 также возможна с ее помощью, правда, пока нет возможности устанавливать параметры качества при пережатии, а, следовательно, не получается уменьшить размер файла изображения.

Читаем далее: статья Как работают видео-кодеки в современных фотоаппаратах.

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.
В этой статье рассматриваются две наиболее популярные технологии — MPEG-4 Part 10 (лицензируемый стандарт сжатия видео Advanced Video Coding (AVC) и ITU-T H.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

Следует понимать, что все кодеки имеют свои достоинства и недостатки. При выборе конкретного алгоритма разработчик должен учитывать все требования приложения, а также то, что не существует идеально работающих кодеков.

MPEG-4 Part 10

Стандарт видеосжатия MPEG-4 Part 10 (Motion Picture Experts Group — Группа экспертов по видео) появился в 2003 г., т.е. несколько позднее, чем JPEG2000. MPEG-4 предназначен для кодирования и декодирования видеофильмов, а не для выполнения тех же операций над неподвижными изображениями. Применение кодека MPEG-4 сопряжено с потерями, т.к. восстановленные изображения всегда хуже по качеству оригиналов.
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.к. используется только часть информации из каждого кадра “I-frame”. Для уменьшения полосы пропускания канала длина группы изображений увеличивается для каждого конкретного кадра. При этом снижается и качество изображений, т.к. требуется более глубокая степень прогнозирования. Более того, по мере уменьшения числа кадров “I-frame” в видеопотоке он становится менее редактируемым (см. рис. 1).

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. По этой причине стандарт MPEG-4 Part 10 широко используется в видеоконференциях, где за счет малых изменений от кадра к кадру поддерживается очень невысокая скорость передачи потоковых данных.

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.
В эксперименте использовалось открытое приложение VLC для воспроизведения видео, которое было запущено на ноутбуке с выходом HDMI. Для испытаний были выбраны три типа исходных видеоматериалов, каждый из которых воспроизводился три раза в течение 5 мин. В каждом из этих случаев выбиралось разное качество сжатия. Разрешение при воспроизведении с помощью ноутбука во всех трех случаях было 720p при 60 кадр./с.
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. Наконец, третий материал с изображением радарного видеодисплея позволил проверить способность обоих кодеков обрабатывать текстовые и графические данные.
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.

JPEG — JPEG 2000

Обзор JPEG 2000

JPEG 2000 — это система кодирования изображений, в которой используются самые современные методы сжатия, основанные на технологии вейвлетов, и которая предлагает чрезвычайно высокий уровень масштабируемости и доступности. Контент может быть закодирован один раз с любым качеством, вплоть до без потерь, но доступен и декодирован с потенциально очень большим количеством других качеств и разрешений и/или по интересующей области без существенного снижения эффективности кодирования. Стандарт поддерживает до 16384 компонентов с размерами, исчисляемыми тысячами терапикселей, и точностью до 38 бит/выборку, с разбиением на фрагменты или без них, а также с различными взаимозаменяемыми последовательностями данных и возможностями произвольного доступа.Архитектура JPEG 2000 подходит для широкого спектра применений: от портативных цифровых камер до расширенной допечатной подготовки, обработки медицинских изображений, геопространственных данных и других ключевых областей применения.

JPEG 2000 относится ко всем частям стандарта. Ниже приведен список текущих частей, составляющих полный набор стандартов JPEG 2000.

Часть 1, Базовая система кодирования

Часть 1 определяет ядро JPEG 2000: синтаксис кодового потока JPEG 2000 и необходимые шаги, связанные с декодированием изображений JPEG 2000, с информативным руководством для кодировщиков.Часть 1 стандарта
также определяет базовый формат файла под названием JP2, который позволяет предоставлять метаданные, такие как информация о цветовом пространстве и правах IP, с кодовым потоком JPEG 2000.

Часть 2, Расширения

Часть 2 определяет расширения кодового потока и формата файла, включая: многокомпонентные преобразования; более гибкие ядра вейвлет-преобразования и структуры декомпозиции; альтернативные схемы квантования; и нелинейные точечные преобразования. Формат файла JPX части 2 расширяет формат файла JP2 части 1, позволяя: более полные описания цветового пространства и примеры представлений HDR; несколько кодовых потоков; композиция, кадрирование, геометрические преобразования; богатые анимации; описательные метаданные; и богатый набор метаданных для фотографических изображений.

Часть 3, Motion JPEG 2000 (MJ2 или MJP2)

Часть 3 определяет формат файла для последовательностей движения изображений JPEG 2000, где каждое изображение кодируется как независимый кодовый поток JPEG 2000.

Часть 4, Соответствие

Часть 4 стандарта

определяет процедуры тестирования как для процессов кодирования, так и для процессов декодирования, определенных в части 1, включая определение набора классов совместимости декодера.Тестовые файлы части 4 включают в себя как чистые кодовые потоки, так и файлы JP2.

Часть 5, Справочное программное обеспечение

Часть 5 состоит из двух пакетов исходного кода, которые реализуют Часть 1. Реализации были разработаны вместе с Частью 1 и использовались для ее тестирования. Один написан на C, а другой на Java. Оба они доступны по лицензии с открытым исходным кодом.

Часть 6, Формат файла составного изображения

Часть 6 стандарта

определяет формат файла JPM для визуализации многостраничных документов, в котором используется модель смешанного растрового содержимого (MRC) стандарта ISO/IEC 16485.JPM является расширением файлового формата JP2, определенного в части 1. Хотя он является членом семейства JPEG 2000, он поддерживает использование многих других технологий кодирования или сжатия, включая JBIG2 и JPEG.

Часть 8, Защищенный JPEG 2000 (JPSEC)

Часть 8 стандартизирует инструменты для обеспечения безопасности транзакций, защиты содержимого (IPR) и защиты технологий (IP), а также позволяет приложениям генерировать, потреблять и обмениваться защищенными битовыми потоками JPEG 2000.

Часть 9, JPIP

Часть 9 определяет инструменты для поддержки поэтапного и выборочного доступа к изображениям и метаданным в сетевой среде. Основное внимание в Части 9 уделяется эффективному и быстрому интерактивному удаленному просмотру содержимого JPEG 2000, соответствующего любой из других частей стандарта.

Часть 10, JP3D

Часть 10 является объемным расширением части 1 стандарта JPEG 2000. Он явно определяет понятие дополнительного пространственного измерения (Z-измерения), расширяя ключевые концепции JPEG 2000, такие как фрагменты, границы и кодовые блоки, на все три измерения, поэтому как обеспечить свойства доступности разрешения и интересующей области в 3D.Часть 10 также добавляет поддержку структур вейвлет-декомпозиции, которые расширяются иерархически во всех трех измерениях.

Часть 11, JPWL

Часть 11 стандарта определяет инструменты и методы для достижения эффективной передачи изображений JPEG 2000 по подверженной ошибкам беспроводной сети. В частности, Часть 11 расширяет элементы базовой системы кодирования, описанные в Части 1, механизмами защиты и исправления ошибок.Эти расширения обратно совместимы: декодеры, реализующие Часть 1, могут пропускать расширения, определенные в Части 11.

Часть 13, Кодировщик начального уровня

Часть 13 определяет реализацию кодера начального уровня части 1.

Часть 14, JPXML

Часть 14 определяет XML-представление формата файла JPEG 2000 и сегментов маркеров, а также методы доступа к внутренним данным изображения JPEG 2000.

Часть 15, Высокопроизводительный JPEG 2000

Часть 15 ускоряет JPEG 2000 на порядок за счет небольшого снижения эффективности кодирования. Получившаяся в результате система HTJ2K сохраняет расширенные функции JPEG 2000 с уменьшенной масштабируемостью качества, но при этом работает быстрее и намного эффективнее, чем традиционный JPEG. Это достигается заменой блочного кодера части 1 инновационным блочным кодером для современных векторных вычислительных архитектур.Это также позволяет выполнять транскодирование без математических потерь в/из устаревшего JPEG 2000. Предполагается, что часть 15 будет бесплатной.

Часть 16, Упаковка в HEIF

Часть 16 определяет перенос кодовых потоков JPEG 2000 в ISO/IEC 23008-12, обычно называемых HEIF. В настоящее время проводится пересмотр для поддержки более гибкого переноса всех кодовых потоков JPEG 2000, включая HTJ2K.

Часть 17, Расширения для кодирования прерывистых сред

Часть 17, которая в настоящее время находится в разработке, вводит альтернативные пространственные вейвлет-преобразования, «зависящие от точки останова», которые зависят от вспомогательного компонента изображения, известного как «компонент точки останова», и технологии масштабируемого кодирования для этих компонентов точки останова.Это улучшает кодирование носителей с жесткими разрывами. Важным примером таких носителей являются изображения глубины, где каждый образец изображения связан с длиной сегмента 3D-линии между соответствующей точкой сцены и камерой. Изображения глубины включают в себя стереокарты диспаратности, где выборочные значения обратно связаны с глубиной. Другим примером среды с сильными неоднородностями являются данные оптического потока, где местоположение каждой выборки представляет собой двумерный вектор. В этих примерах разрывы естественным образом возникают на границах объектов сцены.

JPEG — JPEG 2000

Приложения для JPEG 2000

Цифровой кинотеатр

Digital Cinema описывает использование фильмов с цифровым представлением данных в наилучшем качестве. Традиционно фильмы снимают на пленку и проецируют на пленку. Сегодня это делается с помощью цифровых камер и цифровых проекторов. Из-за огромного объема данных в этой прикладной области необходимо сжатие данных. В отличие от Electronic Cinema, который использует оцифровку фильма для новых путей коммерциализации, Digital Cinema заменяет только цепочку фильмов от приобретения до кинотеатров.Поэтому цифровое кино должно достичь и превзойти традиционное лучшее качество фильма. Параметры цифрового представления фильма должны быть намного шире, чем в стандартных видеороликах.

Другие стандарты сжатия имеют другие ограничения для использования в цифровом кино. Это может быть максимальное разрешение, возможности сжатия (только с потерями), тип выборки, цветовое пространство или битовая глубина. Тем не менее, JPEG2000 является превосходным стандартом сжатия для использования в цифровом кино, поскольку он обеспечивает достаточный запас в описании данных цифрового кино и обладает выдающимися функциями, которые можно использовать.Некоторые функции JPEG2000 включают внутрикадровое кодирование для простого доступа к редактированию, возможности сжатия без потерь, вставку метаданных, масштабируемость разрешения и качества и так далее. Также можно использовать все функции стандарта 15444 JPEG2000 для неподвижных изображений — часть 1.

Требования к сжатию данных для цифрового кино, включая широкий динамический диапазон, различные цветовые пространства, высочайшее разрешение изображения, наилучшее качество сжатия вплоть до сжатия без потерь, стали возможными благодаря использованию JPEG 2000.

Рынок вещания

JPEG 2000 был принят индустрией вещания в качестве мезонинного сжатия в рабочих процессах прямого эфира. Сжатие предлагает уникальные преимущества, подходящие для производства видео в качестве альтернативы несжатому видео. Сегодня JPEG 2000 благодаря своему высокому качеству и низкой задержке используется в приложениях передачи видео по IP, таких как Contribution Links (прямые трансляции событий в студии) и новейших инфраструктурах студий вещания на базе IP. Кроме того, он также используется в качестве основного формата для хранения контента.Реализации широковещательной передачи в основном полагаются на JPEG 2000 Amd3 для широковещательного вклада и JPEG 2000 Amd8 для интероперабельных мастер-форматов (IMF).

В 2014 году несколько компаний получили награду Emmy® за достижения в области стандартизации и производства продукции для передачи видео с широковещательным профилем JPEG 2000 в формате MPEG-2 TS по IP-сетям.

Существует несколько основных преимуществ для рабочих процессов производства вещания на основе JPEG 2000:

Внутрикадровое сжатие JPEG 2000 — это схема кодирования на основе внутрикадрового кодирования, поскольку она кодирует каждый кадр независимо.Это большое преимущество для приложений редактирования контента, поскольку видеосигнал можно обрезать в любом месте без каких-либо последствий.
Качество видео JPEG 2000 предлагает расширенный набор инструментов, который особенно хорошо подходит для высококачественного видео. Хотя движущей силой MPEG всегда было обеспечение хорошего качества видео при низком битрейте, т.е. для телевизионного/мобильного/интернет-вещания за счет улучшения временного предсказания, движущей силой JPEG 2000, с другой стороны, было создание стандарта с высококачественным сжатием отдельных изображений или кадров.JPEG 2000 может выделять больше битов на выборку, например. Предлагается 10-битное видео, что соответствует спецификациям вещательного производства и обычной студийной практике.
Меньше визуальных артефактов Битовые ошибки в потоке JPEG 2000 создают меньше визуальных артефактов, чем решения MPEG, поскольку ошибка проявляется в виде кратковременного размытия на изображении, которое гораздо меньше визуально мешает, чем эффекты блокировки, которые также могут длиться гораздо дольше. .
Низкая задержка Обработка с малой задержкой имеет решающее значение для прямых трансляций.Технология JPEG 2000 способна обеспечить требуемую ультранизкую задержку, поскольку нет никакой зависимости между сигнальными кадрами. В общем, технология способна легко достигать задержек кодирования и декодирования менее 1,5 кадра, а некоторые реализации могут даже предлагать задержки менее одного кадра.
Симметричная структура сложности и затрат для видео в реальном времени Для сжатия и распаковки требуется одинаковая мощность, а для сжатия любого качества требуется одинаковая мощность.Архитектура систем производства вещания имеет одинаковое количество передатчиков/кодировщиков и приемников/декодеров. Поэтому стоимость и сложность передатчика и приемника предпочтительно должны быть одинаковыми, как в случае с JPEG 2000. Кодирование и декодирование могут выполняться с использованием одних и тех же микросхем.
Надежность передачи JPEG 2000 — особенно хороший выбор для передачи видео по IP, поскольку он исключительно устойчив к ошибкам передачи. Как было сказано ранее, JPEG 2000 не создает артефактов блокировки, и любые вносимые ошибки более приятны для глаз.Кроме того, поскольку в JPEG 2000 нет распространения ошибок между кадрами, артефакты живут гораздо меньше. По сути, JPEG 2000 также имеет специальные механизмы для повышения устойчивости к ошибкам передачи.
Устойчивость к многократному кодированию В цепочке последовательных процессов сжатия-распаковки одного и того же исходного материала технология сжатия JPEG 2000 очень хорошо поддерживает одинаковое качество и устойчива к сдвигу пикселей.
Простое редактирование благодаря масштабируемости как разрешения, так и качества Масштабируемость разрешения позволяет редакторам легко манипулировать последовательностью, манипулируя только низким разрешением (прокси) фильма.Все операции, выполненные с низким разрешением, затем применяются к версии с полным разрешением.

Архивы изображений и базы данных

Одно из первых применений JPEG 2000 будет в качестве базового формата файлов в архивах изображений и базах данных. Традиционно архивы изображений хранят несколько копий отдельных файлов с разным разрешением и уровнем качества, чтобы по запросу можно было предоставить соответствующие данные изображения. Кроме того, о каждом изображении хранится значительный объем метаданных, что позволяет легко классифицировать и извлекать его.

Файлы JPEG 2000 обычно могут содержать обширные метаданные, хранящиеся вместе с ними в стандартной совместимой среде XML. Помимо предоставления пользователям возможности распространения выбранных метаданных из базы данных изображений, это позволяет обмениваться файлами изображений с метаданными между базами данных и устраняет необходимость в расширенном этапе ручного ввода данных при каталогизации новых изображений. Кроме того, файлы могут храниться с высоким качеством в среде без потерь, с управлением цветом, с преобразованием в более низкое разрешение или более низкое качество, выполняемое «на лету».Возможность использования части файла JPEG 2000 для генерации таких модифицированных изображений также означает, что становится практичным предоставлять другие возможности по запросу.

Одним из примеров может быть добавление водяного знака к каждому изображению в том виде, в котором оно было доставлено, не только с подробностями, указывающими на авторство или право собственности, но и с информацией о транзакции. Это может включать лицензионные ограничения, сведения о покупателе или информацию, которая позволит легко распознать изображение с помощью какого-либо автоматизированного процесса, разработанного для проверки на предмет нарушения авторских прав.

Новая часть 8 стандарта JPEG 2000 (JPSEC), касающаяся безопасности, рассматривает эти возможности, а часть 9 (JPIP) определяет, как могут создаваться интерактивные приложения между клиентом и сервером. Это также будет очень важно в области базы данных изображений — например, это делает поиск выбранных частей изображения намного быстрее и проще в управлении, позволяя выполнять операции «панорамирования и масштабирования» над частью изображения. Уже существуют демонстрации этой технологии (например, с использованием Kakadu), в которых несколько областей изображения могут быть выбраны пользователем и доставлены быстрее, чем остальные менее интересные части.Таким образом, для удаленного клиентского программного обеспечения существует целый ряд новых возможностей просмотра, что делает доставку больших высококачественных изображений под контролем пользователя реальной реальностью.

Медицинская визуализация

JPEG 2000 обладает многими характеристиками, полезными для одной из его целевых областей рынка — медицинской визуализации. Некоторая предыстория этого была освещена в документе комитета JPEG (N2782), который также содержит некоторую полезную информацию о том, как работает JPEG 2000. Одним из ключевых аспектов, который часто касается медицинских работников, является необходимость гарантировать, что изображения могут передаваться без потерь, без каких-либо искажений, вызванных процессом сжатия, которые могут привести к неправильной диагностике.Это часто приводит к огромным файлам, которые трудно хранить, обрабатывать и передавать. JPEG 2000 может использоваться для кодирования файлов полностью (или частично) без потерь и обеспечивает хорошую производительность сжатия для этой цели (подобную, например, той, которую предлагает оптимизированный метод JPEG для такого сжатия, JPEG-LS (IS 14495)). Однако у него есть несколько дополнительных функций, которые делают JPEG 2000 особенно привлекательным для медицинских изображений:

по части 10
можно заказать кодовый поток JPEG 2000 для доставки изображений более низкого разрешения или пониженного качества задолго до того, как будет передано полное изображение. Это значительно помогает при просмотре приложений и означает, что для нескольких приложений требуется только один файл
Многие различные формы изображений могут быть с пользой сжаты с помощью JPEG 2000, например радиологические, МРТ, компьютерные томографы и другие методы медицинской визуализации, которые используют невизуальные датчики и могут использовать методы улучшения, такие как псевдоокрашивание результирующего изображения

Культурное наследие

Многие учреждения культурного наследия, такие как музеи и художественные галереи, имеют очень обширные коллекции, которые не видны публике из-за вместимости экспонатов и по другим причинам.Такие проекты, как «NOF-Digitise» в Великобритании с бюджетом более 80 миллионов долларов, создаются, чтобы попытаться предоставить онлайновые учебные ресурсы и другие решения для глобального доступа. Стихийные бедствия, такие как пожар, землетрясение и наводнение, а также проблемы, созданные войной, вандализмом и терроризмом, показывают необходимость сохранения этой информации в как можно более точной форме, чтобы наследие не было потеряно навсегда. Кроме того, крайне важно использовать широко принятые стандарты, которые имеют некоторый шанс на долголетие перед лицом технологических изменений.Например, британский проект «Domesday», в рамках которого BBC помог многим школам и частным лицам составить всеобъемлющий отчет о Великобритании (в ноябре 1986 г.) в ознаменование 900-летия «Книги судного дня», был создан с использованием компьютера BBC Master с фирменный интерфейс к аналоговому видеодиску. Проблемы менее чем через 20 лет очевидны, и большие затраты на проект могут быть потеряны, если только не будут созданы эмуляторы материала.

Оригинальный стандарт JPEG существует почти столько же, сколько видеодиски проекта Domesday, описанные выше.В то время как есть только один или два работающих проигрывателя Domesday и некоторые попытки спасти ситуацию, существуют сотни миллионов устройств, которые могут отображать файлы JPEG. Стандарт JPEG 2000 был разработан с нуля, чтобы попытаться решить многие области, которые волнуют пользователей в секторе культурного наследия. К ним относятся:

высококачественное сжатие без потерь с полным управлением цветом
расширения для движущихся и трехмерных изображений с теми же преимуществами
базовый уровень без роялти и лицензионных сборов для широкомасштабного развертывания
защита морали и авторских прав с помощью четко определенного механизма безопасности, который может (например) предлагать неискаженный просмотр эскизов и зашифрованный просмотр с высоким разрешением из одного и того же файла изображения
комплексная клиент-серверная архитектура, позволяющая пользователям увеличивать и уменьшать масштаб изображений или запрашивать интересующие области для обслуживания перед справочным материалом
обширные возможности метаданных, включая включение информации о цифровой камере (например, хранящейся в файлах EXIF), а также метаданные Dublin Core, используемые в качестве основы для многих проектов культурного наследия
соблюдение общепринятых и определенных стандартов, включая использование XML, HTTP и других в рамках определенной архитектуры
послужной список точности и приемлемости в отрасли

Беспроводная визуализация

Беспроводная связь предлагает свой особый набор проблем.В частности, беспроводные сети характеризуются частым возникновением ошибок передачи наряду с низкой пропускной способностью. Следовательно, они накладывают серьезные ограничения на передачу цифровых изображений. Поскольку JPEG2000 обеспечивает высокую эффективность сжатия, он является хорошим кандидатом для беспроводных мультимедийных приложений. Более того, благодаря своей высокой масштабируемости, JPEG2000 позволяет операторам сетей использовать широкий спектр стратегий обеспечения качества обслуживания (QoS).

Чтобы получить широкое распространение в беспроводных мультимедийных приложениях, JPEG 2000 должен быть устойчивым к ошибкам передачи.Чтобы решить эту проблему, комитет JPEG создал новый рабочий элемент, JPEG 2000 Wireless (JPWL), в качестве Части 11 стандарта. Его цель — стандартизировать инструменты и методы для эффективной передачи изображений JPEG 2000 по подверженной ошибкам беспроводной сети.

Основной функцией системы JPWL является защита кодового потока от ошибок передачи. Точнее, метод защиты модифицирует кодовый поток, чтобы сделать его более устойчивым к ошибкам, например. путем добавления избыточности или чередования данных.Процесс декодирования обнаруживает возникновение ошибок и исправляет их, когда это возможно.

Второй функцией является описание степени чувствительности различных частей кодового потока к ошибкам передачи. Эта информация впоследствии может быть использована для неравной защиты от ошибок. Более конкретно, конфиденциальные части кодового потока могут быть защищены сильнее, чем менее конфиденциальные части.

Третьей функцией является описание местоположения остаточных ошибок в кодированном потоке.Впоследствии эта информация может быть использована для информирования декодера о потере информации и предотвращения декодирования поврежденных частей потока.

Используя технологии, стандартизированные в JPWL, JPEG2000 становится очень устойчивым к ошибкам передачи. Таким образом, JPEG2000 является идеальным кандидатом для эффективной передачи цифровых изображений и видео в беспроводных приложениях. Действительно, недавние исследования показали, что Motion JPEG2000 очень хорошо подходит для передачи видео по беспроводным каналам.В частности, было показано, что Motion JPEG2000 превосходит современный MPEG-4 с точки зрения эффективности кодирования, устойчивости к ошибкам, сложности, масштабируемости и задержки кодирования.

Несмотря на то, что предлагаемые решения не настроены на конкретный сетевой протокол, особое внимание было уделено трем важным вариантам использования: беспроводным телефонным сетям 3-го поколения (3GPP/3GPP2), WLAN (семейство стандартов IEEE 802.11) и Digital Radio Mondiale (DRM). ).

Среди потенциальных приложений-убийц для JPWL служба обмена мультимедийными сообщениями (MMS) демонстрирует очень быстрый рост и, по общему мнению, является одним из немногих ярких пятен в индустрии беспроводной связи.Другие потенциальные приложения включают потоковое видео и видеоконференции.

Допечатная подготовка

Допечатная подготовка — это процесс, используемый при подготовке цифровых файлов к печати. Двумя ключевыми требованиями этого процесса являются точность и последовательность. В прошлом индустрия допечатной подготовки зависела от сжатия изображений без потерь (например, с использованием форматов файлов EPS или TIFF) и цветовой калибровки всех компонентов в процессе с использованием определенных условий освещения и просмотра для достижения оптимальных результатов.

JPEG 2000 предлагает индустрии допечатной подготовки возможность как заменить свои традиционные форматы более продвинутыми аспектами, присущими JPEG 2000, так и изменить назначение своего контента, чтобы его можно было использовать в интернет-публикациях или в других контекстах. Одно и то же изображение JPEG 2000 может генерировать эскизы, экранные изображения и готовый к печати материал, просто усекая подготовленный кодовый поток в разных точках. Кроме того, мощная обработка метаданных и ассоциация в файлах JPEG 2000 означает, что управление цифровыми активами или рабочие процессы могут быть легко связаны с допечатной доставкой, обеспечивая безопасность как для фотографа, создателя изображения, так и для типографии.

Ключевым аспектом является способность JPEG 2000 обеспечивать настоящее сжатие без потерь — в одном из возможных режимов работы даже преобразование цвета из определенного цветового профиля, такого как sRGB, выполняется без потерь. В JPEG 2000 существует возможность использовать ряд четко определенных профилей управления цветом и, в частности, цветовые профили ICC, поддерживающие пространства CMYK, используемые в индустрии допечатной подготовки. Поскольку формат файла может включать полные определения цветового пространства (по крайней мере, в расширенной версии JPEG 2000, определенной в Части 2 стандарта), включая формулу, используемую для преобразования в другое цветовое пространство, собственные и точные цветовые представления могут передаваться между системами. (по крайней мере, в пределах ограничений устройств вывода для их рендеринга).

Дистанционное зондирование и ГИС

Географические информационные системы (ГИС) позволяют просматривать и анализировать несколько слоев пространственно связанной информации, связанной с географическим местоположением или регионом. ГИС позволяет компаниям и правительствам легко анализировать развитие, техническое обслуживание и влияние дорог, растительности, коммунальных услуг (водоснабжение, электроснабжение, связь, канализация).

ГИС включает в себя карты, векторную информацию и изображения. Сбор изображений обычно достигается с помощью дистанционного зондирования.Дистанционное зондирование началось с аэрофотосъемки в конце 1800-х годов на борту воздушного шара. Самолеты использовались для сбора информации с высоты в начале 1900-х годов, а первое изображение, полученное из космоса, было получено на борту космического корабля «Аполлон» в 1969 году. В начале 1970-х годов первый спутник для получения изображений (ERTS-1) сделал снимки Земли. Изображения продолжают собираться как из космоса, так и с самолетов, и доступны для коммерческого и личного использования в Интернете. Проблемой для изображений дистанционного зондирования для ГИС и других приложений является размер изображения.В настоящее время обычно используются изображения размером более 10 000 на 10 000 пикселей, с несколькими каналами и более 8 бит на пиксель в канале. В то время как JPEG DCT в настоящее время используется для сбора, хранения и доставки нескольких приложений ГИС и систем дистанционного зондирования, другие методы сжатия и форматирования файлов стали популярными из-за большей эффективности хранения и доступа к большим изображениям.

Первоначальные требования к JPEG 2000 включали требования сообщества дистанционного зондирования и ГИС, которые были выполнены.Большая битовая глубина, тайлы, увеличение разрешения, повышение качества и быстрый доступ к пространственным координатам — все это способствует возможностям и функциональности JPEG 2000, что делает его идеальной технологией для приложений дистанционного зондирования и ГИС. Ожидается, что в качестве открытого стандарта JPEG 2000 получит более широкое распространение в приложениях дистанционного зондирования и ГИС.

Цифровая фотография

Фотография изменила то, как люди записывают и запоминают изображения, события и научную информацию.Фотография, зародившаяся в середине 1800-х годов, продолжала развиваться в течение последних двух столетий научных открытий. Развитие гибкой пленки в конце 1800-х годов, цветной фотографии в середине 1900-х и автоматических камер в конце 1900-х изменили способ съемки и представления фотографий. Последнее добавление цифровой фотографии также изменило то, как люди собирают, хранят, модифицируют, распространяют и демонстрируют изображения. Цифровая фотография началась с появления первых коммерческих цифровых камер для потребителей и профессионалов в начале 1990-х годов, а также первых систем для оцифровки пленочных изображений.По мере развития технологий стоимость цифровых камер и услуг по оцифровке пленок снизилась, а качество изображения повысилось. Размер изображения для профессиональных портативных цифровых камер продолжает расти, примерно с 1 мегапикселя в 1993 году до 10 или более мегапикселей в 2003 году.

По мере развития цифровых камер требования к формату файла, используемому для хранения данных изображения, также продолжают развиваться. Цифровые камеры продолжают увеличивать размер и глубину цвета изображения, чтобы увеличить разрешение и расширить динамический диапазон и цветовую гамму.Цифровая фотография требует возможности сжатия трехканальных изображений от 8 до 16 бит на компонент. Цифровая фотография требует эффективного, высококачественного сжатия, а также быстрого декодирования изображений надлежащего размера для экрана дисплея камеры. Метаданные для правильного использования и отображения изображения являются обязательным требованием для цифровой фотографии.

Научно-промышленный

Многие приложения в научном и промышленном секторе в настоящее время обращаются к использованию графического материала для замены или улучшения существующих записей данных.Примеры включают использование спутниковых или аэрофотоснимков для связи с картографической или ГИС-системой, а также простоту использования цифровых камер для подтверждения удовлетворительного завершения работ, например, при прокладке дорожных труб. В некоторой степени это зависит от повсеместного распространения и доступности стандарта, поэтому в проектах часто используются хорошо проверенные решения. Широкая доступность цифровых камер и программного обеспечения для ПК для отображения и печати результатов, вероятно, снизит затраты, что особенно важно в секторах, где развертывание должно быть тесно связано с прибыльностью компании.

Однако часто бывает так, что один и тот же предмет имеет множество разных версий изображений. Например, у производителя автомобилей могут быть изображения двигателя автомобиля, используемого в сервисе, маркетинге, обеспечении качества, обучении и тестировании. По мере того, как управление цифровыми активами признается важным средством контроля, которое должна использовать компания, необходимо уделять больше внимания повторному использованию и переназначению цифровых активов, таких как изображения. JPEG 2000 предлагает множество полезных функций в этом контексте — правильное управление цветом, сжатие, которое может включать как версии изображения с потерями, так и версии без потерь в одном файле, а также широкие возможности для добавления пользовательских и стандартных метаданных в файл изображения.

Кроме того, многие аспекты научного и промышленного использования включают последующую обработку цифрового изображения, например, для улучшения характеристик или подсчета элементов. Использование любой формы сжатия с потерями для изображений в этом контексте может создать проблемы — ведь информация, отбрасываемая при сжатии с потерями, как правило, является той информацией, которая не воспринимается человеческим глазом — не обязательно имеет те же характеристики, что и программное обеспечение для обработки изображений. Поэтому становится все более важным гарантировать, что архивный материал хранится с максимально возможной точностью, но по-прежнему доступен для быстрого поиска и просмотра, например, на этапе предварительной обработки.Опять же, JPEG 2000 может предложить значительные преимущества в этой среде.

От ряда поставщиков доступны обширные наборы программных средств, которые поддерживают новый стандарт JPEG 2000. Они варьируются от свободно доступного программного обеспечения Jasper и JJ2000, которое связано с частью 5 стандарта JPEG 2000 (справочное программное обеспечение), до коммерческих альтернатив от KakaduSoft, Aware, Algovision Luratech, Leadtools, Pegasus и других. Это позволяет интегрировать всесторонние функции JPEG 2000 в широкий спектр продуктов и систем.

Интернет

Многие ключевые приложения нового стандарта JPEG 2000 будут использовать Интернет и Интернет-технологии для распространения изображений. Изображения JPEG 2000 обладают рядом свойств, которые делают их очень подходящими для использования в Интернете. Как правило, пользователи Интернета не могут загружать большие высококачественные изображения из-за физического размера файла. Часто поставщики изображений должны создавать три или более версий изображения, начиная от крошечной миниатюры и заканчивая изображением размером со страницу.

Цифровые камеры улучшили качество и разрешение до уровня, на котором они теперь эффективно конкурируют с традиционной пленкой. Образы, которые они генерируют, часто больше не подходят для непосредственного размещения в Интернете — качество и размер теряются на традиционных компьютерных мониторах. Отчасти это связано с тем, что монитор может отображать не более четверти захваченного изображения без прокрутки, а отчасти с тем, что точность цветопередачи монитора не соответствует цветопередаче камеры.

Обе эти проблемы решаются стандартами JPEG 2000. Изображения, сохраненные в формате JPEG 2000, можно закодировать таким образом, чтобы данные при передаче и отображении постепенно увеличивались в разрешении, начиная с эскиза, или постепенно повышались в качестве. Также может быть достигнута комбинация этих (и других) показателей качества — и пользователь может остановить передачу изображения, как только у него будет достаточно деталей, чтобы сделать следующий выбор, поскольку данные упорядочены в файле в правильном порядке, чтобы упростить его доставку. серверами изображений.

Части JPEG 2000, которые были созданы для облегчения этих методов доставки, например:

Часть 8 (JPSEC) посвящена защите изображений — например, показано, как использовать водяные знаки и другие технологии для обеспечения технической базы, которая потребуется многим приложениям электронной коммерции, чтобы иметь возможность показывать свои материалы, не рискуя их пиратством
Часть 9 (JPIP) определяет новые методы для связывания и доставки метаданных изображения (информация об изображении, например, время и место его создания) с самим изображением, а также для доставки под контроль пользователя наиболее важных частей этой информации в первую очередь.Например, врач, просматривающий рентгеновский снимок, может увеличить интересующие области, которые можно увеличить или получить в значительно улучшенном качестве задолго до остальной части изображения.
Часть 10 (JP3D) касается того, как можно передавать трехмерные представления изображений. В части 11 (JPWL) рассматривается, как конкретные характеристики беспроводной связи и мобильной телефонии могут повлиять на передачу изображений JPEG 2000. Это, конечно, тесно связано с работой в JPSEC и JPIP

Наблюдение

Традиционная технология наблюдения довольно медленно использует преимущества цифровой обработки изображений.Отчасти это произошло из-за того, что огромные объемы данных потребовали аналоговых методов хранения, таких как видеомагнитофоны с истекшим временем, а отчасти потому, что стоимость перехода на цифровую базу была непомерно высокой. Однако за последние несколько лет затраты резко упали, в то время как вычислительная мощность и возможности увеличились столь же быстро. Это позволяет устранить многие недостатки традиционных приложений для наблюдения, а также учесть многие опасения общества по поводу конфиденциальности и вторжений.

Обнаружение движения и многие другие сложные формы анализа изображений можно сочетать с новой сенсорной технологией, чтобы обеспечить гораздо более активный мониторинг и сигнализацию. Использование улучшения «области интереса» позволяет точно идентифицировать подозреваемых, исключая из анализа и последующего публичного разоблачения невинных свидетелей. Над пользователем технологии наблюдения может осуществляться строгий контроль — например, показывать достаточно подробностей, чтобы можно было распознать человека, который, как было установлено, предъявил украденный чек, и в то же время не разрешать достаточно подробностей, чтобы позволить коррумпированному наблюдателю сцены увидеть и скопируйте сделанную подпись.

Однако потребность в хранимых доказательствах достаточно высокого качества также вызывает озабоченность и необходимость защиты от фальсификации и фальсификации. В цифровой среде очень легко частично или полностью изменить аспекты изображения и окружающих его метаданных. Такие методы, как шифрование и водяные знаки, могут использоваться для защиты от этого риска, но существует реальная потребность в общепринятых методах управления мультимедиа, которые могут помочь снизить риски в этой области, например, с использованием доверенных третьих сторон и криптотехнологий.Кроме того, важно, чтобы доказательства не были сегментированы, а хранились в одном файле, чтобы избежать очевидных рисков дезинформации.

Многие из этих аспектов указывают на потенциальную полезность JPEG 2000 в этой среде:

использование Motion JPEG 2000 имеет очевидные преимущества при захвате последовательностей действий, в которых начальный вид может иметь низкое разрешение, переключение под контролем монитора на более высокое разрешение, более высокую частоту кадров и включение большего количества метаданных и областей интереса
форматы файлов, определенные для JPEG 2000, позволяют хранить как стандартные, так и пользовательские метаданные вместе с данными изображения
новые части JPEG 2000 расширяют его полезность, добавляя новую поддержку безопасности, эффективную связь между клиентом и сервером и возможность связывать его функции с подверженной ошибкам беспроводной инфраструктурой
в качестве стандарта, затраты на внедрение технологии должны быть значительно ниже, чем при использовании запатентованной технологии с меньшим риском «блокировки»

Изображение документа

Приложения для обработки изображений документов часто являются компромиссом между качеством и сжатием.По мере совершенствования технологий, когда цвет стал нормой для многих форматов публикаций, возросли и требования пользователей к качеству. Поскольку часто требуется точное отображение на экране, а также возможность печати высококачественных факсимиле оригинального документа, требования к сжатию часто противоречат друг другу. Многие документы содержат области, которые лучше всего передавать в текстовом формате с символьным кодированием (чтобы обеспечить оптимальное сжатие и индексирование), а также фотографические или полутоновые изображения, графику и другие типы изображений.

Зачем заниматься математикой?

Как математика привела к стандарту JPEG2000

JPEG2000

Введение/История

В 1997 году Объединенная группа экспертов по фотографии (JPEG) начала работу над следующей версией стандарта сжатия изображений JPEG. Члены группы выявили некоторые проблемы с исходным стандартом JPEG, а также составили «список пожеланий» новых функций и улучшений, которыми должна обладать следующая версия стандарта. Новый стандарт был назван стандартом сжатия изображений JPEG2000.

Многие функции и усовершенствования JPEG2000 описаны в подразделе «Функции/Улучшения», а также проблемы исходного стандарта, которые были решены в JPEG2000. Математика дискретного вейвлет-преобразования, используемого в JPEG2000, описана в разделе «Вейвлет-преобразования», а в подразделе «Квантование» содержится дополнительная информация о процессе квантования при сжатии JPEG2000 с потерями. Целью этого раздела является описание базового алгоритма и для выполнения сжатия JPEG2000 на цифровом изображении в градациях серого.

Основной алгоритм

Как и JPEG, стандарт сжатия изображений JPEG2000 состоит из четырех основных этапов алгоритма: предварительная обработка, преобразование, квантование, кодирование. В отличие от JPEG, шаг квантования является необязательным, если пользователь хочет выполнить сжатие без потерь. В то время как JPEG использует расширенную версию кодирования Хаффмана, JPEG2000 использует новый метод кодирования, называемый Embedded Block Coding with Optimized Truncation (EBCOT) . Мы не будем обсуждать EBCO на этом сайте — заинтересованным читателям следует обратиться к книге Таубмана и Марселлина.

Чтобы объяснить шаги алгоритма, мы будем использовать в качестве рабочего примера изображение выше. Размеры изображения 160 х 240 пикселей.

Шаг 1 — предварительная обработка

Единственный шаг предварительной обработки, который мы будем использовать, — это центрирование значений интенсивности оттенков серого. С этой целью мы вычитаем 127 из каждого значения интенсивности в матрице изображения. Если бы мы сжимали цветное изображение, мы бы сначала преобразовали его в пространство YCbCr, а затем центрировали каждый из каналов Y, C _b и C _r.

Шаг 2 — Трансформация

Одним из основных изменений в стандарте JPEG2000 является использование дискретного вейвлет-преобразования (DWT) вместо DCT. Если мы выполняем сжатие с потерями, мы используем DWT с фильтром CDF97. Для сжатия без потерь мы используем DWT в сочетании с фильтром LeGall53 и выполняем вычисления, используя метод подъема , предложенный Вимом Свелденсом. В обоих случаях мы вычисляем 2-3 итерации DWT.В нашем примере мы вычисляем две итерации каждого преобразования.

Шаг 3 — квантование

Если мы выполняем сжатие без потерь, DWT, изображенный выше справа, кодируется, и алгоритм завершается. Для сжатия с потерями JPEG2000 использует схему квантования, несколько аналогичную той, которая используется JPEG для блоков 8 x 8. За две итерации DWT создает семь блоков, и каждый из этих блоков квантуется отдельно. Значения в каждом блоке либо приближаются к нулю, либо преобразуются в ноль, а затем преобразуются в целое число с помощью функции floor.Более подробную информацию о процессе квантования можно найти в подразделе «Квантование». Результат для нашего запущенного примера отображается справа.

Шаг 4 — Кодирование

В качестве последнего шага в стандарте сжатия мы используем встроенное блочное кодирование с оптимизированным усечением. Мы не рассматриваем здесь метод EBCOT.

Для сжатия без потерь мы просто используем EBCOT для кодирования элементов вейвлет-преобразования, построенного с помощью фильтра ЛеГолла.В этом случае мы можем хранить изображение, используя 215 544 бита. Исходное изображение в необработанном формате требует 307 200 бит памяти, поэтому метод без потерь обеспечивает экономию около 30%. Степень сжатия составляет 5,6 бит на пиксель.

Для сжатия с потерями EBCOT позволяет нам использовать только 84 504 бита, в отличие от исходного размера 160 * 240 * 8 = 307 200 бит. Степень сжатия составляет около 2,2 бит на пиксель. Если мы сжимаем то же изображение с помощью JPEG, нам нужно 103 944 бита для степени сжатия 2.7bpp. Исходное изображение, изображение, сжатое в формате JPEG2000, и изображение, сжатое в формате JPEG, представлены ниже.

На изображениях ниже показаны верхние левые углы каждого из приведенных выше изображений. Вы увидите блочные артефакты в углу JPEG, которых нет в углу JPEG2000.

JPEG 2000 Часть 1 (Основной) Формат файла jp2

Все чаще используется формат JPEG 2000 в архивах и библиотеках для оцифровки книг, коллекций иллюстраций, карт и других материалов, которые можно воспроизводить в виде неподвижных изображений.Хороший обзор был представлен на саммите JPEG 2000, состоявшемся в Библиотеке Конгресса в 2011 году. Между тем, библиотека Wellcome в Великобритании выступила за более широкое использование формата в проектах по оцифровке. Некоторые учреждения культурного наследия, в том числе Библиотека Конгресса, ранее использовали MrSID для поддержки масштабирования больших изображений, таких как карты, и теперь перешли на JPEG 2000 в качестве служебного формата, часто реализуемого для создания изображений JPEG_DCT (более ранний кодек JPEG) на fly для презентации в браузере.

Многие программы обработки изображений и программные библиотеки теперь могут читать и записывать файлы JP2. Insight (Luna), ContentDM (DiMeMa) и Digitool (Ex Libris) теперь могут использовать JPEG2000 и внедрили преобразование на стороне сервера для доставки изображения пользователю в обычном веб-браузере. Теперь доступны программные кодировщики, предназначенные для обычных микросхем DSP (цифровая обработка сигналов).

Примеры значительного внедрения JPEG2000 включают Инициативу цифрового кино (см. Пакет инициативы цифрового кино (DCP), версия 1.0) и используется в рамках научного эксперимента по созданию изображений с высоким разрешением (HiRISE), летящего на борту разведывательного орбитального аппарата НАСА MARS.

В то же время, кодирование JPEG 2000, как правило, не встроено в чипы фотоаппаратов, а декодирование JPEG 2000 не является родным для веб-браузеров, и это привело к тому, что некоторые комментаторы неблагоприятно сравнили JPEG 2000 с JPEG_DCT с точки зрения принятия. JPEG_DCT является родным практически для всех цифровых камер и веб-браузеров. Тем временем, однако, JPEG 2000 начал появляться как встроенная опция в камерах с движущимся изображением.

Более ранние признаки принятия были представлены в Руководстве по практическому внедрению JPEG 2000 (2003 г., см. Полезные ссылки ниже): «Некоторые аэрофотоснимки на веб-сайте карты улиц MapQuest.com предоставлены JPEG 2000 серверная система, выбранная за ее способность извлекать небольшие области из очень больших изображений с высокой скоростью Yahoo! Messenger, клиент для обмена мгновенными сообщениями с возможностями видео, также использует JPEG 2000 для достижения высокой степени сжатия и, следовательно, более высокого разрешения и частоты кадров. показатель.В обоих случаях использование JPEG 2000 обычно незаметно для конечного пользователя». См. также презентацию Питера Мюррея 2004 г. «Принятие JPEG 2000 библиотеками и архивами».

OpenJPEG

Что такое OpenJPEG?

OpenJPEG — кодек JPEG 2000 с открытым исходным кодом, написанный на языке C.Он был разработан для продвижения использования JPEG 2000, стандарта сжатия неподвижных изображений от Объединенной группы экспертов по фотографии (JPEG). С мая 2015 года оно официально признано ISO/IEC и ITU-T в качестве эталонного программного обеспечения JPEG 2000.

Кто может использовать код?

Любой. Поскольку код OpenJPEG выпускается под лицензией BSD из двух пунктов, любой может использовать или модифицировать код даже для коммерческих приложений. Единственным ограничением является сохранение авторских прав на исходники или двоичные файлы документации.Конечно, если вы изменили код таким образом, что это может заинтересовать других пользователей, вам рекомендуется поделиться им (через запрос на вытягивание github или заполнив вопрос), но это не является обязательным требованием.

Кто поддерживает проект?

Библиотека была создана и до сих пор поддерживается Группой обработки изображений и сигналов (ISPGroup) Лувенского университета (UCL). Он долгое время поддерживается intoPIX, а также пунктуально

Лаборатория цифровой обработки сигналов (DSPLab) Университета Перуджи, Италия (UNIPG) для внедрения JPWL (2006 г.)
Национального центра пространственных исследований (CNES) за работу над OpenJPEG 2.0 (2011-2012)

В настоящее время он получает финансирование от нескольких академических учреждений и архивных организаций:

Библиотека Wellcome
Стэнфордский университет
Национальная библиотека Нидерландов (KBNL)
Мичиганский университет
Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе (UCLA)

Это финансирование стало возможным благодаря поддержке Международной структуры совместимости изображений (IIIF) и Совета по библиотечным и информационным ресурсам (CLIR).Как было объявлено здесь, целью этого финансирования является повышение скорости и надежности библиотеки. Поэтому выпуски с более высокими характеристиками ожидаются к концу 2017 года.

8.2.4 Сжатие изображений JPEG 2000

DICOM предоставляет механизм для поддержки использования сжатия изображений JPEG 2000 посредством инкапсулированного формата (см.3). Приложение A определяет ряд синтаксиса передачи, которые ссылаются на стандарт JPEG 2000 и обеспечивают схемы сжатия без потерь (с сохранением битов) и с потерями.

Примечание

Контекст, в котором использование сжатия медицинских изображений с потерями является клинически приемлемым, выходит за рамки стандарта DICOM. Правила, связанные с выбором подходящих параметров сжатия (например, коэффициента сжатия) для сжатия с потерями в формате JPEG 2000, также выходят за рамки настоящего стандарта.

Использование инкапсулированного формата DICOM для поддержки сжатых пиксельных данных JPEG 2000 требует, чтобы элементы данных, связанные с кодированием пиксельных данных (например, фотометрическая интерпретация, выборки на пиксель, планарная конфигурация, выделенные биты, сохраненные биты, старший бит, пиксель Представление, строки, столбцы и т. д.) должны содержать значения, соответствующие характеристикам сжатого потока данных. Характеристики пиксельных данных, включенные в битовый поток JPEG 2000, должны использоваться для декодирования потока сжатых данных.

Требования при использовании стандартной фотометрической интерпретации (т. е. определенного термина из PS.3. C.7.6.3.1.2) указаны в таблице 8.2.4-1. Никакие другие значения стандартной фотометрической интерпретации не должны использоваться.

Таблица 8.2.4-1. Допустимые значения атрибутов, связанных с данными пикселей, для синтаксиса передачи JPEG 2000 с использованием стандартных фотометрических интерпретаций

Фотометрическая интерпретация	Синтаксис передачи	Синтаксис передачи UID	Выборки на пиксель	Планарная конфигурация	Пиксельное представление	Биты распределены	Биты сохранены	Старший бит
МОНОХРОМ1 МОНОХРОМ2	JPEG 2000 (только без потерь) JPEG 2000	1.2.840.10008.1.2.4.90 1.2.840.10008.1.2.4.91	1	отсутствует	0 или 1	8, 16, 24, 32 или 40	1-38	0-37
ПАЛИТРА ЦВЕТА	JPEG 2000 (только без потерь)	1.2.840.10008.1.2.4.90	1	отсутствует	0	8 или 16	1-16	0-15
YBR_RCT	JPEG 2000 (только без потерь) JPEG 2000	1.2.840.10008.1.2.4.90 1.2.840.10008.1.2.4.91	3	0	0	8, 16, 24, 32 или 40	1-38	0-37
YBR_ICT	JPEG 2000	1.2.840.10008.1.2.4.91	3	0	0	8, 16, 24, 32 или 40	1-38	0-37
RGB	JPEG 2000 (только без потерь) JPEG 2000	1.2.840.10008.1.2.4.90 1.2.840.10008.1.2.4.91	3	0	0	8, 16, 24, 32 или 40	1-38	0-37
YBR_FULL	JPEG 2000 (только без потерь) JPEG 2000	1.2.840.10008.1.2.4.90 1.2.840.10008.1.2.4.91	3	0	0	8, 16, 24, 32 или 40	1-38	0-37

Примечание

Эти требования определяются с точки зрения согласованности с тем, что инкапсулируется, а не с точки зрения несжатых данных пикселей, из которых может быть получен сжатый поток данных.

Если при декомпрессии характеристики, явно указанные в потоке сжатых данных, не соответствуют характеристикам, указанным в элементах данных DICOM, для управления декомпрессией должны использоваться те, которые явно указаны в потоке сжатых данных. Элементы данных DICOM, если они несовместимы, могут рассматриваться как предложения относительно формы, в которой может быть закодирован несжатый набор данных, с учетом общих и специфичных для IOD правил для несжатой фотометрической интерпретации и планарной конфигурации, которые могут потребовать, чтобы распакованные данные преобразовать в одну из разрешенных форм.

Битовый поток JPEG 2000 указывает, применялось ли обратимое или необратимое многокомпонентное (цветовое) преобразование [ISO 15444-1, Приложение G], если оно применялось. Если многокомпонентное преобразование не применялось, то компоненты должны соответствовать компонентам, указанным в Фотометрической интерпретации атрибутов DICOM (0028,0004). Если было применено обратимое многокомпонентное преобразование JPEG 2000, часть 1, то фотометрическая интерпретация атрибутов DICOM (0028,0004) должна быть YBR_RCT.Если было применено необратимое многокомпонентное преобразование JPEG 2000, часть 1, то фотометрическая интерпретация атрибута DICOM (0028,0004) должна быть YBR_ICT.

Примечание

Например, может присутствовать один компонент, а фотометрическая интерпретация (0028,0004) может быть МОНОХРОМ2.
Применение обратимого многокомпонентного преобразования JPEG 2000, часть 1, сигнализируется в битовом потоке JPEG 2000 значением 1, а не 0 в типе многокомпонентного преобразования SGcod сегмента маркера COD [ISO 15444-1 Table A.17]. Никакое другое значение фотометрической интерпретации, кроме YBR_RCT или YBR_ICT, не разрешено, когда тип преобразования SGcod Multiple component равен 1.
Хотя это было бы необычно, не использовало бы корреляцию между красными, зелеными и синими компонентами и не обеспечивало бы эффективного сжатия, можно было бы указать фотометрическую интерпретацию RGB, если бы не было многокомпонентного преобразования [ISO 15444-1, Приложение G] был указан битовым потоком JPEG 2000.Разрешены альтернативные методы декорреляции компонентов цвета, отличные от указанных в [ISO 15444-1, Приложение G], как определено в PS3.3, например, фотометрическая интерпретация YBR_FULL; это может быть полезно при преобразовании существующих пиксельных данных YBR_FULL (например, в другом синтаксисе передачи) без дальнейших потерь.
В любом случае (фотометрическая интерпретация RGB или YBR_FULL) значение типа преобразования SGcod Multiple component будет равно 0.
PS3.3 может ограничивать значения фотометрической интерпретации для определенных IOD.
Несмотря на применение многокомпонентного преобразования цвета и его отражение в атрибуте Фотометрическая интерпретация, «цветовое пространство» остается неопределенным. В настоящее время нет средств передачи «стандартных цветовых пространств» ни с помощью фиксированных значений (таких как sRGB), ни с помощью профилей ICC.Обратите внимание, в частности, что заголовок файла JP2 не отправляется в битовом потоке JPEG 2000, инкапсулированном в DICOM.
Если сжатые пиксельные данные JPEG 2000 распаковываются и повторно кодируются в исходной (несжатой) форме, то элементы данных, связанные с кодированием пиксельных данных, обновляются соответствующим образом. Если компоненты цвета преобразуются из YBR_ICT или YBR_RCT в RGB во время декомпрессии и собственного повторного кодирования, фотометрическая интерпретация будет изменена на RGB в наборе данных с собственной кодировкой.
Верхний предел 40 для выделенных битов (0028,0100) и 38 для сохраненных битов (0028,0101) отражает максимальную точность выборки JPEG 2000, равную 38, и требование DICOM описывать выделенные биты (0028,0100) как кратные байтам ( октеты).

Битовый поток JPEG 2000 способен кодировать значения пикселей как со знаком, так и без знака, поэтому значение представления пикселей (0028,0103) может быть либо 0, либо 1 для монохромных фотометрических интерпретаций в зависимости от того, что было закодировано (как указано в маркере SIZ). сегмент в точности и знаке параметра компонента).

Значение Planar Configuration (0028,0006) не имеет значения, поскольку способ кодирования компонентов указан в стандарте JPEG 2000, поэтому оно должно быть установлено на 0,

AVIF против JPEG2000 | Avif.io ✨

Таблица контента

Введение
Качество и пределы
Сжатие
Сжатие
Speed
Прочие функции
Другие функции
Поддержка
Вывод для Nerds
Вывод для Marketeers

Введение

Два ключевых ключевых конкурента вырвались из стаи, чтобы бороться за доминирование формата изображения в битве за замену устаревшего стандарта JPEG.В одном углу у нас духовный преемник JPEG 2000, а в другом — относительно новый стандарт AVIF.

JPEG 2000 был разработан в период с 1997 по 2000 год и выпущен на рубеже тысячелетий тем же комитетом Объединенной группы экспертов по фотографии, который разработал исходный формат файла JPEG 1992 года . Разработанный для устранения некоторых ограничений устаревшего формата и замены своего старшего брата, JPEG 2000 боролся с принятием на рынке, и спустя 21 год формат файла JP2 мало используется в Интернете.

Формат изображения AVIF, , разработанный Alliance for Open Media в 2019 году, представляет собой открытый и бесплатный формат файла изображения , полученный из видеокодека AV1. Несмотря на относительно молодой возраст выпущенного формата, он получил впечатляющее распространение на рынке — в первую очередь, когда Netflix перешел на AVIF для своих рекламных изображений благодаря поддержке наложений.

Вот как эти два стандарта соотносятся друг с другом и, в конечном счете, какой из них, скорее всего, свергнет JPEG как доминирующий формат изображения.

Качество и ограничения

В качестве кодека изображения, основанного на кадрах видео AV1, AVIF имеет ограничение разрешения изображения 65536 x 65536 пикселей . Тем не менее, если вы используете этот метод, на границах фрагментов кадров 8K, как правило, возникают артефакты. Это делает изображения AVIF с большим разрешением нежелательными.

Эта проблема отсутствует в JPEG 2000 с теоретическим максимальным размером изображения 4 294 967 296 x 4 294 967 296.

JPEG 2000 также лидирует по точности или, более широко известному, как максимальная битовая глубина. JPEG 2000 поддерживает битовую глубину до 38 бит по сравнению с 12-битными ограничениями AVIF. Это может показаться резким скачком, но 12-битной точности обычно достаточно для изображений на практике.

Как AVIF, так и JPEG 2000 поддерживают формат 4:4:4, широкую гамму для HDR-изображений и стандартный динамический диапазон для Rec 709. Однако эта широкая поддержка лимитов данных имеет свою цену, которую мы рассмотрим позже.

Сжатие

AVIF работает исключительно хорошо в ситуациях с низкой точностью воспроизведения и высокой привлекательностью , предоставляя файлы того же размера, что и JPEG, при значительном повышении общей привлекательности и визуального качества изображения.

JPEG 2000 также представляет собой шаг вперед по сравнению со своим предшественником JPEG. Тем не менее, фокус JP2 на фотографиях с более высокой точностью позволяет AVIF продвигаться вперед в сценариях с низкой точностью. Например, фотография в формате AVIF с низким качеством воспроизведения имеет такой же размер файла, что и фотография в формате JPEG 2000.Тем не менее, ему не хватает такой высокой привлекательности, как AVIF.

Привлекательность заключается в отсутствии артефактов сжатия, таких как цветовые полосы и блочность, из-за которых фотография выглядит плохо. Сильно сжатые изображения AVIF выглядят лучше с незначительными цветовыми полосами, чем фотографии JPEG 2000 того же размера файла.

JPEG 2000 работает лучше с изображениями высокой точности и без потерь, с размерами файлов, как правило, меньшими, чем усилия AVIF без потерь. Тем не менее, подавляющее большинство изображений в Интернете представляют собой низкокачественные и привлекательные файлы, которые так любит AVIF.

Скорость

JPEG 2000, как и его предшественник, является достаточно быстрым форматом для работы. Одноядерные скорости кодирования и декодирования превосходят несколько медленный AVIF, что позволяет JPEG 2000 впечатлять даже на немощных компьютерах.

JPEG 2000 также поддерживает распараллеливание , что позволяет кодировщику изображений использовать преимущества нескольких ядер и потоков для повышения скорости декодирования и кодирования. Таким образом, AVIF также может использовать преимущества многоядерных процессоров .Тем не менее, хорошие одноядерные скорости делают работу с JPEG 2000 быстрее даже на мощных многоядерных процессорах.

JPEG 2000 также поддерживает прогрессивное декодирование изображений , что позволяет отображать предварительный просмотр более низкого качества, пока изображение все еще декодируется, что сокращает время загрузки страницы. Это функция, которой нет в AVIF.

В целом, JPEG 2000 выигрывает от более высокой скорости кодирования и декодирования, чем AVIF.

Прочие функции

Обычно JPEG 2000 не поддерживает анимацию . Отдельный связанный формат файлов для последовательностей движения под названием Motion JPEG 2000 основан на форматах MP4 и QuickTime. Однако это больше похоже на видеокодек, чем на эффективное средство для анимированного фото.

Motion JPEG 2000 (MJP2) не использует межкадровое сжатие , присутствующее в большинстве видеокодеков, включая последовательности AVIF. Это означает, что анимации MJP2 более масштабируемы, но имеют значительно большие размеры файлов и могут увеличивать пропускную способность посетителей.

AVIF создан на основе видеокодека, и, как и следовало ожидать, анимация в этом формате работает безупречно. Использование внутрикадрового сжатия повышает эффективность файла. Sequenced AVIF опережает MJP2 или веб-доставку секвенированных изображений.

И AVIF, и JPEG 2000 поддерживают альфа-прозрачность , в отличие от исходного стандарта JPEG 1992 года.

Тем не менее, AVIF может похвастаться некоторыми впечатляющими современными функциями, такими как карты глубины и наложения. Карты глубины позволяют добавлять эффекты к изображению AVIF.Напротив, наложения позволяют независимо кодировать слои на одном изображении, повышая привлекательность изображений, таких как текст на фоне фотографий.

Поддержка

У JPEG 2000 был тяжелый 21 год, когда он пытался получить основную поддержку со стороны веб-браузеров. Помимо полной поддержки Safari , , начиная с Safari 5 в 2010 году, , ни один другой крупный веб-браузер не поддерживает JPEG 2000. Это достаточно неприятная статистика, учитывая, что доля Safari на рынке составляет всего 9.7% на рабочем столе.

Однако AVIF получил полную поддержку Chrome и Opera для настольных компьютеров и Samsung Internet для мобильных устройств . Пользователи Firefox могут включить поддержку AVIF на странице about:config. Однако это не позволит пользователям Firefox просматривать последовательные файлы AVIF. Safari и Microsoft Edge не поддерживают какие-либо аспекты AVIF.

Заключение для ботаников

Во многих аспектах JPEG 2000 был очень перспективным форматом изображения. Формат JPEG 2000 с поддержкой фотографий с высокой битовой глубиной и астрономическими ограничениями на размер изображения является поистине впечатляющим в технических характеристиках.

Однако некоторые могут возразить, что JPEG 2000 опередил свое время. Раздутый из-за недостаточно адекватного алгоритма сжатия, JP2 боролся с принятием на рынке в момент своего выпуска и имел плачевную историю поддержки браузерами.

AVIF является более подходящим форматом изображения для современного Интернета . Благодаря высокому качеству сжатия, высокой привлекательности и отличной поддержке анимации AVIF имеет реальный шанс стать следующим доминирующим форматом изображений. Ему еще предстоит сделать несколько шагов в отношении поддержки браузеров с Safari и Edge, которые еще предстоит принять.Тем не менее, благодаря обширному набору функций и значительному развитию формата, мы ожидаем, что AVIF преодолеет любые трудности с поддержкой и станет массовым.

Наш прогноз для JPEG 2000 далеко не так оптимистичен.

Заключение для маркетологов

JPEG 2000 для большинства маркетологов является форматом файла, потерянным во времени. Он изо всех сил пытался оказать влияние на рынок, когда был выпущен на рубеже тысячелетий, и эта история остается правдой прямо сейчас.

AVIF предлагает эффективные анимированные изображения, превосходное сжатие и современные функции, такие как наложения, для борьбы с JPEG 2000.Тем не менее, сокрушительный удар приходит в виде поддержки браузера.

JPEG 2000 не поддерживается ни одним из основных браузеров, за исключением Safari. Для большинства пользователей рынка этого достаточно, чтобы они никогда не использовали формат изображения.

AVIF предлагает захватывающее будущее для доставки изображений. Посетители могут рассчитывать на более привлекательные фотографии , снижая при этом нагрузку на свои лимиты данных и пропускную способность.

Jpeg2000: JPEG 2000, JPEG-XR и WebP в стране упущенных возможностей / Хабр

JPEG 2000, JPEG-XR и WebP в стране упущенных возможностей / Хабр

JPEG 2000

JPEG-XR

WebP

Поддержка

Использование

Сравниваем JPEG-XR и Webp

Конспект

JPEG 2000 – лучшая альтернатива JPEG

Jpeg2000 — графический формат с новыми возможностями и преимуществами

Jpeg2000 — возможности и преимущества формата

Jpeg2000 Compressor

Алгоритмы MPEG4 и JPEG2000 — какой лучше?

JPEG — JPEG 2000

Обзор JPEG 2000

Часть 1, Базовая система кодирования

Часть 2, Расширения

Часть 3, Motion JPEG 2000 (MJ2 или MJP2)

Часть 4, Соответствие

Часть 5, Справочное программное обеспечение

Часть 6, Формат файла составного изображения

Часть 8, Защищенный JPEG 2000 (JPSEC)

Часть 9, JPIP

Часть 10, JP3D

Часть 11, JPWL

Часть 13, Кодировщик начального уровня

Часть 14, JPXML

Часть 15, Высокопроизводительный JPEG 2000

Часть 16, Упаковка в HEIF

Часть 17, Расширения для кодирования прерывистых сред

JPEG — JPEG 2000

Приложения для JPEG 2000

Цифровой кинотеатр

Рынок вещания

Архивы изображений и базы данных

Медицинская визуализация

Культурное наследие

Беспроводная визуализация

Допечатная подготовка

Дистанционное зондирование и ГИС

Цифровая фотография

Научно-промышленный

Интернет

Наблюдение

Изображение документа

Зачем заниматься математикой?

Как математика привела к стандарту JPEG2000

JPEG2000

Введение/История

Основной алгоритм

Шаг 1 — предварительная обработка

Шаг 2 — Трансформация

Шаг 3 — квантование

Шаг 4 — Кодирование

JPEG 2000 Часть 1 (Основной) Формат файла jp2

OpenJPEG

Последние новости

Что такое OpenJPEG?

Кто может использовать код?

Кто поддерживает проект?

8.2.4 Сжатие изображений JPEG 2000

8.2.4 Сжатие изображений JPEG 2000

Примечание

Примечание

Примечание

AVIF против JPEG2000 | Avif.io ✨

Таблица контента

Введение

Качество и ограничения

Сжатие

Скорость

Прочие функции

Поддержка

Заключение для ботаников

Заключение для маркетологов

Добавить комментарий Отменить ответ