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Was ist das JP2 Format?

JPEG-2000 Dateiformat Syntax

JPEG 2000 (JP2) ist ein Bildkomprimierungsstandard und ein Codierungssystem, das im Jahr 2000 vom Joint Photographic Experts Group (JPEG)-Komitee mit der Absicht erstellt wurde, den ursprünglichen JPEG-Standard abzulösen. JPEG 2000 ist auch unter der Dateinamenerweiterung .jp2 bekannt. Es wurde von Grund auf entwickelt, um einige der Einschränkungen des ursprünglichen JPEG-Formats zu beheben und gleichzeitig eine überlegene Bildqualität und Flexibilität zu bieten. Es ist wichtig zu beachten, dass JPC häufig als Begriff verwendet wird, um sich auf den JPEG 2000-Codestream zu beziehen, der der eigentliche Byte-Stream ist, der die komprimierten Bilddaten darstellt, die typischerweise in JP2-Dateien oder anderen Containerformaten wie MJ2 für Motion-JPEG-2000-Sequenzen zu finden sind.

JPEG 2000 verwendet eine Wavelet-basierte Komprimierung im Gegensatz zur diskreten Kosinustransformation (DCT), die im ursprünglichen JPEG-Format verwendet wird. Die Wavelet-Komprimierung bietet mehrere Vorteile, darunter eine bessere Komprimierungseffizienz, insbesondere für Bilder mit höherer Auflösung, und eine verbesserte Bildqualität bei höheren Komprimierungsverhältnissen. Dies liegt daran, dass Wavelets nicht unter den „blockigen“ Artefakten leiden, die durch die DCT entstehen können, wenn Bilder stark komprimiert werden. Stattdessen kann die Wavelet-Komprimierung zu einer natürlicheren Verschlechterung der Bildqualität führen, die für das menschliche Auge oft weniger auffällig ist.

Eine der Hauptfunktionen von JPEG 2000 ist die Unterstützung sowohl verlustfreier als auch verlustbehafteter Komprimierung innerhalb desselben Dateiformats. Dies bedeutet, dass Benutzer ein Bild ohne Qualitätsverlust komprimieren können oder sich für eine verlustbehaftete Komprimierung entscheiden können, um kleinere Dateigrößen zu erzielen. Der verlustfreie Modus von JPEG 2000 ist besonders nützlich für Anwendungen, bei denen die Bildintegrität entscheidend ist, wie z. B. medizinische Bildgebung, digitale Archive und professionelle Fotografie.

Ein weiteres wichtiges Merkmal von JPEG 2000 ist die Unterstützung der progressiven Dekodierung. Dadurch kann ein Bild inkrementell dekodiert und angezeigt werden, wenn die Daten empfangen werden, was für Webanwendungen oder Situationen mit begrenzter Bandbreite sehr nützlich sein kann. Bei der progressiven Dekodierung kann zuerst eine Version des gesamten Bildes in niedriger Qualität angezeigt werden, gefolgt von sukzessiven Verfeinerungen, die die Bildqualität verbessern, wenn mehr Daten verfügbar werden. Dies steht im Gegensatz zum ursprünglichen JPEG-Format, das ein Bild typischerweise von oben nach unten lädt.

JPEG 2000 bietet außerdem eine Vielzahl zusätzlicher Funktionen, darunter die Region-of-Interest (ROI)-Codierung, die es ermöglicht, verschiedene Teile eines Bildes mit unterschiedlichen Qualitätsstufen zu komprimieren. Dies ist besonders nützlich, wenn bestimmte Bereiche eines Bildes wichtiger sind als andere und mit höherer Wiedergabetreue erhalten werden müssen. Beispielsweise könnte in einem Satellitenbild der interessierende Bereich verlustfrei komprimiert werden, während die umgebenden Bereiche verlustbehaftet komprimiert werden, um Speicherplatz zu sparen.

Der JPEG 2000-Standard unterstützt außerdem eine Vielzahl von Farbräumen, darunter Graustufen, RGB, YCbCr und andere, sowie eine Farbtiefe von 1 Bit (binär) bis zu 16 Bit pro Komponente sowohl im verlustfreien als auch im verlustbehafteten Modus. Diese Flexibilität macht es für eine Vielzahl von Bildanwendungen geeignet, von einfachen Webgrafiken bis hin zu komplexen medizinischen Bildern, die einen hohen Dynamikbereich und eine präzise Farbdarstellung erfordern.

In Bezug auf die Dateistruktur besteht eine JPEG 2000-Datei aus einer Reihe von Boxen, die verschiedene Informationen über die Datei enthalten. Die Hauptbox ist die JP2-Headerbox, die Eigenschaften wie Dateityp, Bildgröße, Bittiefe und Farbraum enthält. Nach dem Header gibt es zusätzliche Boxen, die Metadaten, Farbprofilinformationen und die eigentlichen komprimierten Bilddaten (den Codestream) enthalten können.

Der Codestream selbst besteht aus einer Reihe von Markern und Segmenten, die definieren, wie die Bilddaten komprimiert werden und wie sie dekodiert werden sollen. Der Codestream beginnt mit dem SOC-Marker (Start of Codestream) und endet mit dem EOC-Marker (End of Codestream). Zwischen diesen Markern befinden sich mehrere wichtige Segmente, darunter das SIZ-Segment (Image and tile size), das die Abmessungen des Bildes und der Kacheln definiert, und das COD-Segment (Coding style default), das die für die Komprimierung verwendeten Wavelet-Transformations- und Quantisierungsparameter angibt.

Die Fehlertoleranz von JPEG 2000 ist ein weiteres Merkmal, das es von seinem Vorgänger unterscheidet. Der Codestream kann Fehlerkorrekturinformationen enthalten, die es Decodern ermöglichen, Fehler zu erkennen und zu korrigieren, die während der Übertragung aufgetreten sein könnten. Dies macht JPEG 2000 zu einer guten Wahl für die Übertragung von Bildern über verrauschte Kanäle oder die Speicherung von Bildern in einer Weise, die das Risiko einer Datenbeschädigung minimiert.

Trotz seiner vielen Vorteile hat JPEG 2000 im Vergleich zum ursprünglichen JPEG-Format keine weit verbreitete Akzeptanz gefunden. Dies liegt zum Teil an der größeren rechnerischen Komplexität der Wavelet-basierten Komprimierung und Dekomprimierung, die mehr Rechenleistung erfordern kann und langsamer sein kann als DCT-basierte Methoden. Darüber hinaus ist das ursprüngliche JPEG-Format tief in der Bildgebungsindustrie verwurzelt und wird von Software und Hardware umfassend unterstützt, was es für viele Anwendungen zur Standardwahl macht.

JPEG 2000 hat jedoch in bestimmten Bereichen eine Nische gefunden, in denen seine erweiterten Funktionen besonders vorteilhaft sind. Beispielsweise wird es im digitalen Kino für die Verbreitung von Filmen verwendet, wo seine hochwertige Bilddarstellung und die Unterstützung verschiedener Seitenverhältnisse und Bildraten wichtig sind. Es wird auch in geografischen Informationssystemen (GIS) und Fernerkundung eingesetzt, wo seine Fähigkeit, sehr große Bilder zu verarbeiten und die ROI-Codierung zu unterstützen, wertvoll ist.

Für Softwareentwickler und Ingenieure, die mit JPEG 2000 arbeiten, stehen mehrere Bibliotheken und Tools zur Verfügung, die Unterstützung für die Kodierung und Dekodierung von JP2-Dateien bieten. Eine der bekanntesten ist die OpenJPEG-Bibliothek, ein quelloffener JPEG 2000-Codec, der in C geschrieben ist. Andere kommerzielle Softwarepakete bieten ebenfalls JPEG 2000-Unterstützung, oft mit optimierter Leistung und zusätzlichen Funktionen.

Zusammenfassend bietet das JPEG 2000-Bildformat eine Reihe von Funktionen und Verbesserungen gegenüber dem ursprünglichen JPEG-Standard, darunter eine überlegene Komprimierungseffizienz, Unterstützung sowohl für verlustfreie als auch für verlustbehaftete Komprimierung, progressive Dekodierung und erweiterte Fehlertoleranz. Obwohl es JPEG in den meisten Mainstream-Anwendungen nicht ersetzt hat, dient es als wertvolles Werkzeug in Branchen, die eine hochwertige Bildspeicherung und -übertragung erfordern. Da sich die Technologie weiterentwickelt und der Bedarf an anspruchsvolleren Bildgebungslösungen wächst, könnte JPEG 2000 in neuen und bestehenden Märkten eine stärkere Akzeptanz finden.

Unterstützte Formate

AAI.aai

AAI Dune Bild

AI.ai

Adobe Illustrator CS2

AVIF.avif

AV1 Bildformat

AVS.avs

AVS X Bild

BAYER.bayer

Rohes Bayer-Bild

BMP.bmp

Microsoft Windows Bitmap-Bild

CIN.cin

Cineon-Bilddatei

CLIP.clip

Bild-Clip-Maske

CMYK.cmyk

Rohcyan-, Magenta-, Gelb- und Schwarzproben

CMYKA.cmyka

Rohcyan-, Magenta-, Gelb-, Schwarz- und Alpha-Proben

CUR.cur

Microsoft-Symbol

DCX.dcx

ZSoft IBM PC mehrseitige Paintbrush

DDS.dds

Microsoft DirectDraw-Oberfläche

DPX.dpx

SMTPE 268M-2003 (DPX 2.0) Bild

DXT1.dxt1

Microsoft DirectDraw-Oberfläche

EPDF.epdf

Eingekapseltes tragbares Dokumentenformat

EPI.epi

Adobe Encapsulated PostScript Interchange-Format

EPS.eps

Adobe Encapsulated PostScript

EPSF.epsf

Adobe Encapsulated PostScript

EPSI.epsi

Adobe Encapsulated PostScript Interchange-Format

EPT.ept

Eingekapseltes PostScript mit TIFF-Vorschau

EPT2.ept2

Eingekapseltes PostScript Level II mit TIFF-Vorschau

EXR.exr

Bild mit hohem Dynamikbereich (HDR)

FARBFELD.ff

Farbfeld

FF.ff

Farbfeld

FITS.fits

Flexibles Bildtransport-System

GIF.gif

CompuServe-Grafikaustauschformat

GIF87.gif87

CompuServe-Grafikaustauschformat (Version 87a)

GROUP4.group4

Rohes CCITT Group4

HDR.hdr

Bild mit hohem Dynamikbereich (HDR)

HRZ.hrz

Slow Scan TeleVision

ICO.ico

Microsoft-Symbol

ICON.icon

Microsoft-Symbol

IPL.ipl

IP2 Location Image

J2C.j2c

JPEG-2000 Codestream

J2K.j2k

JPEG-2000 Codestream

JNG.jng

JPEG Network Graphics

JP2.jp2

JPEG-2000 Dateiformat Syntax

JPC.jpc

JPEG-2000 Codestream

JPE.jpe

Joint Photographic Experts Group JFIF-Format

JPEG.jpeg

Joint Photographic Experts Group JFIF-Format

JPG.jpg

Joint Photographic Experts Group JFIF-Format

JPM.jpm

JPEG-2000 Dateiformat Syntax

JPS.jps

Joint Photographic Experts Group JPS-Format

JPT.jpt

JPEG-2000 Dateiformat Syntax

JXL.jxl

JPEG XL-Bild

MAP.map

Multi-Resolution Seamless Image Database (MrSID)

MAT.mat

MATLAB-Level-5-Bildformat

PAL.pal

Palm-Pixmap

PALM.palm

Palm-Pixmap

PAM.pam

Allgemeines zweidimensionales Bitmap-Format

PBM.pbm

Portable Bitmap-Format (schwarz-weiß)

PCD.pcd

Photo-CD

PCDS.pcds

Photo-CD

PCT.pct

Apple Macintosh QuickDraw/PICT

PCX.pcx

ZSoft IBM PC Paintbrush

PDB.pdb

Palm Database ImageViewer-Format

PDF.pdf

Portable Document Format

PDFA.pdfa

Portable Document Archive-Format

PFM.pfm

Portable Float-Format

PGM.pgm

Portable Graymap-Format (Graustufen)

PGX.pgx

JPEG-2000 unkomprimiertes Format

PICON.picon

Persönliches Icon

PICT.pict

Apple Macintosh QuickDraw/PICT

PJPEG.pjpeg

Joint Photographic Experts Group JFIF-Format

PNG.png

Portable Network Graphics

PNG00.png00

PNG mit Bit-Tiefe und Farbtyp vom Originalbild erben

PNG24.png24

Opakes oder binäres transparentes 24-Bit-RGB (zlib 1.2.11)

PNG32.png32

Opakes oder binäres transparentes 32-Bit-RGBA

PNG48.png48

Opakes oder binäres transparentes 48-Bit-RGB

PNG64.png64

Opakes oder binäres transparentes 64-Bit-RGBA

PNG8.png8

Opakes oder binäres transparentes 8-Bit-Indexed

PNM.pnm

Portable Anymap

PPM.ppm

Portable Pixmap-Format (Farbe)

PS.ps

Adobe PostScript-Datei

PSB.psb

Adobe Large Document-Format

PSD.psd

Adobe Photoshop-Bitmap

RGB.rgb

Rohdaten für rote, grüne und blaue Proben

RGBA.rgba

Rohdaten für rote, grüne, blaue und Alpha-Proben

RGBO.rgbo

Rohdaten für rote, grüne, blaue und Opazität-Proben

SIX.six

DEC SIXEL-Grafikformat

SUN.sun

Sun Rasterfile

SVG.svg

Skalierbare Vektorgrafiken

SVGZ.svgz

Komprimierte skalierbare Vektorgrafiken

TIFF.tiff

Tagged Image File Format

VDA.vda

Truevision-Targa-Bild

VIPS.vips

VIPS-Bild

WBMP.wbmp

Wireless Bitmap (Level 0) Bild

WEBP.webp

WebP-Bildformat

YUV.yuv

CCIR 601 4:1:1 oder 4:2:2

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