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Was ist das JPC Format?

JPEG-2000 Codestream

Das JP2- oder JPEG 2000 Part 1-Dateiformat ist ein Bildcodierungssystem, das von der Joint Photographic Experts Group als Nachfolger des ursprünglichen JPEG-Standards entwickelt wurde. Es wurde im Jahr 2000 eingeführt und ist offiziell als ISO/IEC 15444-1 bekannt. Im Gegensatz zu seinem Vorgänger wurde JPEG 2000 entwickelt, um eine effizientere und flexiblere Bildkomprimierungstechnik bereitzustellen, die einige der Einschränkungen des ursprünglichen JPEG-Formats beheben konnte. JPEG 2000 verwendet eine Wavelet-basierte Komprimierung, die sowohl verlustfreie als auch verlustbehaftete Komprimierung innerhalb derselben Datei ermöglicht und so ein höheres Maß an Skalierbarkeit und Bildtreue bietet.

Eines der Hauptmerkmale des JPEG 2000-Formats ist die Verwendung der diskreten Wavelet-Transformation (DWT) im Gegensatz zur diskreten Kosinustransformation (DCT), die im ursprünglichen JPEG-Format verwendet wird. DWT bietet gegenüber DCT mehrere Vorteile, darunter eine bessere Komprimierungseffizienz, insbesondere bei Bildern mit höherer Auflösung, und reduzierte Blockierungsartefakte. Dies liegt daran, dass die Wavelet-Transformation ein Bild mit einem variierenden Detailgrad darstellen kann, der an die spezifischen Anforderungen der Anwendung oder die Präferenzen des Benutzers angepasst werden kann.

Das JP2-Format unterstützt eine Vielzahl von Farbräumen, darunter Graustufen, RGB, YCbCr und andere, sowie verschiedene Bittiefen von binären Bildern bis zu 16 Bit pro Kanal. Diese Flexibilität macht es für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet, von der digitalen Fotografie bis hin zur medizinischen Bildgebung und Fernerkundung. Darüber hinaus unterstützt JPEG 2000 Transparenz durch die Verwendung eines Alphakanals, was im Standard-JPEG-Format nicht möglich ist.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil von JPEG 2000 ist die Unterstützung für progressive Dekodierung. Dies bedeutet, dass ein Bild mit niedrigeren Auflösungen und Qualitätsstufen dekodiert und angezeigt werden kann, bevor die gesamte Datei heruntergeladen wurde, was besonders für Webanwendungen nützlich ist. Wenn mehr Daten verfügbar werden, kann die Bildqualität schrittweise verbessert werden. Diese als „Qualitätsebenen“ bekannte Funktion ermöglicht eine effiziente Bandbreitennutzung und bietet eine bessere Benutzererfahrung in Umgebungen mit eingeschränkter Bandbreite.

JPEG 2000 führt auch das Konzept der „Regions of Interest“ (ROI) ein. Mit ROI können bestimmte Teile eines Bildes in einer höheren Qualität als der Rest des Bildes kodiert werden. Dies ist besonders nützlich, wenn bestimmte Bereiche innerhalb eines Bildes hervorgehoben werden müssen, wie z. B. bei der Überwachung oder medizinischen Diagnostik, wo der Fokus auf einer bestimmten Anomalie oder einem Merkmal innerhalb des Bildes liegen kann.

Das JP2-Format umfasst robuste Funktionen zur Verarbeitung von Metadaten. Es kann eine Vielzahl von Metadateninformationen speichern, wie z. B. die Metadaten des International Press Telecommunications Council (IPTC), Exif-Daten, XML-Daten und sogar Informationen zum geistigen Eigentum. Diese umfassende Metadatenunterstützung erleichtert die Katalogisierung und Archivierung von Bildern und stellt sicher, dass wichtige Informationen zum Bild erhalten bleiben und leicht zugänglich sind.

Fehlertoleranz ist ein weiteres Merkmal von JPEG 2000, das es für die Verwendung in Netzwerken geeignet macht, in denen Datenverluste auftreten können, wie z. B. drahtlose oder Satellitenkommunikation. Das Format enthält Mechanismen zur Fehlererkennung und -korrektur, die dazu beitragen können, dass Bilder auch dann korrekt dekodiert werden, wenn einige Daten während der Übertragung beschädigt wurden.

JPEG 2000-Dateien sind im Vergleich zu JPEG-Dateien in der Regel größer, wenn sie mit ähnlichen Qualitätsstufen kodiert werden, was eine der Barrieren für ihre weit verbreitete Akzeptanz darstellt. Für Anwendungen, bei denen die Bildqualität an erster Stelle steht und die erhöhte Dateigröße kein großes Problem darstellt, bietet JPEG 2000 jedoch klare Vorteile. Es ist auch erwähnenswert, dass die überlegene Komprimierungseffizienz des Formats im Vergleich zu JPEG zu kleineren Dateigrößen bei höheren Qualitätsstufen führen kann, insbesondere bei hochauflösenden Bildern.

Das JP2-Format ist erweiterbar und wurde als Teil einer größeren Suite von Standards entwickelt, die als JPEG 2000 bekannt ist. Diese Suite umfasst verschiedene Teile, die die Funktionen des Basisformats erweitern, wie z. B. Unterstützung für Bewegtbilder (JPEG 2000 Part 2), sichere Bildübertragung (JPEG 2000 Part 8) und interaktive Protokolle (JPEG 2000 Part 9). Diese Erweiterbarkeit stellt sicher, dass sich das Format weiterentwickeln kann, um den Anforderungen zukünftiger Multimedia-Anwendungen gerecht zu werden.

In Bezug auf die Dateistruktur besteht eine JP2-Datei aus einer Folge von Boxen, von denen jede einen bestimmten Datentyp enthält. Zu den Boxen gehören die Dateisignaturbox, die die Datei als JPEG 2000-Codestream identifiziert, die Dateitypbox, die den Medientyp und die Kompatibilität angibt, und die Headerbox, die Bildeigenschaften wie Breite, Höhe, Farbraum und Bittiefe enthält. Zusätzliche Boxen können Farbspezifikationsdaten, Palettendaten für indizierte Farbbilder, Auflösungsinformationen und Daten zu geistigen Eigentumsrechten enthalten.

Die eigentlichen Bilddaten in einer JP2-Datei befinden sich in der Box „zusammenhängender Codestream“, die die komprimierten Bilddaten und alle Informationen zum Codierungsstil enthält. Der Codestream ist in „Kacheln“ organisiert, die unabhängig voneinander kodierte Segmente des Bildes sind. Diese Kachelung ermöglicht einen effizienten wahlfreien Zugriff auf Teile des Bildes, ohne das gesamte Bild dekodieren zu müssen, was für große Bilder oder wenn nur ein Teil des Bildes benötigt wird, von Vorteil ist.

Der Komprimierungsprozess in JPEG 2000 umfasst mehrere Schritte. Zunächst wird das Bild optional vorverarbeitet, was Kachelung, Farbtransformation und Downsampling umfassen kann. Als Nächstes wird die DWT angewendet, um die Bilddaten in einen hierarchischen Satz von Koeffizienten zu transformieren, die das Bild in verschiedenen Auflösungen und Qualitätsstufen darstellen. Diese Koeffizienten werden dann quantisiert, was verlustfrei oder verlustbehaftet erfolgen kann, und die quantisierten Werte werden mit Techniken wie arithmetischer Kodierung oder Binärbaumkodierung entropiekodiert.

Eine der Herausforderungen bei der Einführung von JPEG 2000 war die rechenintensive Komplexität der Kodierungs- und Dekodierungsprozesse, die ressourcenintensiver sind als die des ursprünglichen JPEG-Standards. Dies hat seine Verwendung in einigen Echtzeit- oder Low-Power-Anwendungen eingeschränkt. Fortschritte in der Rechenleistung und die Entwicklung optimierter Algorithmen und Hardwarebeschleuniger haben JPEG 2000 jedoch für eine breitere Palette von Anwendungen zugänglicher gemacht.

Trotz seiner Vorteile hat JPEG 2000 das ursprüngliche JPEG-Format in den meisten Mainstream-Anwendungen nicht ersetzt. Die Einfachheit von JPEG, die weit verbreitete Unterstützung und die Trägheit der bestehenden Infrastruktur haben zu seiner anhaltenden Dominanz beigetragen. JPEG 2000 hat jedoch eine Nische in professionellen Bereichen gefunden, in denen seine erweiterten Funktionen wie höherer Dynamikbereich, verlustfreie Komprimierung und überlegene Bildqualität entscheidend sind. Es wird häufig in der medizinischen Bildgebung, im digitalen Kino, in der Geobildgebung und in der Archivierung verwendet, wo die Vorteile des Formats die Nachteile größerer Dateigrößen und erhöhter Rechenanforderungen überwiegen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das JPEG 2000-Bildformat einen bedeutenden Fortschritt in der Bildkomprimierungstechnologie darstellt und eine Reihe von Funktionen bietet, die die Einschränkungen des ursprünglichen JPEG-Standards verbessern. Seine Verwendung der Wavelet-basierten Komprimierung ermöglicht qualitativ hochwertige Bilder mit skalierbarer Auflösung und Qualität, und seine Unterstützung für progressive Dekodierung, Regions of Interest und robuste Metadaten machen es zu einer vielseitigen Wahl für viele professionelle Anwendungen. Obwohl es nicht zum universellen Standard für Bildkomprimierung geworden ist, ist JPEG 2000 weiterhin ein wichtiges Werkzeug für Branchen, in denen Bildqualität und -treue von größter Bedeutung sind.

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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