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Le JPEG 2000 (JP2) est une norme de compression d'image et un système de codage créés par le comité Joint Photographic Experts Group (JPEG) en 2000 dans le but de remplacer la norme JPEG d'origine. JPEG 2000 est également connu par l'extension de nom de fichier .jp2. Il a été développé à partir de zéro pour répondre à certaines des limites du format JPEG d'origine tout en offrant une qualité d'image et une flexibilité supérieures. Il est important de noter que JPC est souvent utilisé comme terme pour désigner le flux de code JPEG 2000, qui est le flux réel d'octets qui représente les données d'image compressées, généralement trouvées dans les fichiers JP2 ou d'autres formats de conteneur tels que MJ2 pour les séquences JPEG 2000 animées.

JPEG 2000 utilise une compression basée sur les ondelettes, par opposition à la transformée en cosinus discrète (DCT) utilisée dans le format JPEG d'origine. La compression par ondelettes offre plusieurs avantages, notamment une meilleure efficacité de compression, en particulier pour les images à haute résolution, et une qualité d'image améliorée à des taux de compression plus élevés. En effet, les ondelettes ne souffrent pas des artefacts « en blocs » qui peuvent être introduits par la DCT lorsque les images sont fortement compressées. Au lieu de cela, la compression par ondelettes peut entraîner une dégradation plus naturelle de la qualité de l'image, qui est souvent moins perceptible à l'œil humain.

L'une des principales caractéristiques de JPEG 2000 est sa prise en charge de la compression sans perte et avec perte dans le même format de fichier. Cela signifie que les utilisateurs peuvent choisir de compresser une image sans aucune perte de qualité, ou ils peuvent opter pour une compression avec perte pour obtenir des tailles de fichier plus petites. Le mode sans perte de JPEG 2000 est particulièrement utile pour les applications où l'intégrité de l'image est essentielle, telles que l'imagerie médicale, les archives numériques et la photographie professionnelle.

Une autre caractéristique importante de JPEG 2000 est sa prise en charge du décodage progressif. Cela permet de décoder et d'afficher une image de manière incrémentielle au fur et à mesure que les données sont reçues, ce qui peut être très utile pour les applications Web ou les situations où la bande passante est limitée. Avec le décodage progressif, une version de faible qualité de l'image entière peut être affichée en premier, suivie d'affinements successifs qui améliorent la qualité de l'image à mesure que davantage de données deviennent disponibles. Cela contraste avec le format JPEG d'origine, qui charge généralement une image de haut en bas.

JPEG 2000 offre également un riche ensemble de fonctionnalités supplémentaires, notamment le codage de région d'intérêt (ROI), qui permet de compresser différentes parties d'une image à différents niveaux de qualité. Ceci est particulièrement utile lorsque certaines zones d'une image sont plus importantes que d'autres et doivent être préservées avec une plus grande fidélité. Par exemple, dans une image satellite, la zone d'intérêt peut être compressée sans perte, tandis que les zones environnantes sont compressées avec perte pour économiser de l'espace.

La norme JPEG 2000 prend également en charge une large gamme d'espaces colorimétriques, notamment les niveaux de gris, RVB, YCbCr et autres, ainsi qu'une profondeur de couleur allant de 1 bit (binaire) à 16 bits par composant dans les modes sans perte et avec perte. Cette flexibilité le rend adapté à une variété d'applications d'imagerie, des simples graphiques Web à l'imagerie médicale complexe nécessitant une plage dynamique élevée et une représentation précise des couleurs.

En termes de structure de fichier, un fichier JPEG 2000 est composé d'une série de boîtes, qui contiennent différentes informations sur le fichier. La boîte principale est la boîte d'en-tête JP2, qui inclut des propriétés telles que le type de fichier, la taille de l'image, la profondeur de bits et l'espace colorimétrique. Après l'en-tête, il y a des boîtes supplémentaires qui peuvent contenir des métadonnées, des informations de profil de couleur et les données d'image compressées réelles (le flux de code).

Le flux de code lui-même est constitué d'une série de marqueurs et de segments qui définissent comment les données d'image sont compressées et comment elles doivent être décodées. Le flux de code commence par le marqueur SOC (Start of Codestream) et se termine par le marqueur EOC (End of Codestream). Entre ces marqueurs, il y a plusieurs segments importants, notamment le segment SIZ (Image and tile size), qui définit les dimensions de l'image et des tuiles, et le segment COD (Coding style default), qui spécifie la transformation en ondelettes et les paramètres de quantification utilisés pour la compression.

La résilience aux erreurs de JPEG 2000 est une autre caractéristique qui le distingue de son prédécesseur. Le flux de code peut inclure des informations de correction d'erreur qui permettent aux décodeurs de détecter et de corriger les erreurs qui peuvent s'être produites pendant la transmission. Cela fait de JPEG 2000 un bon choix pour transmettre des images sur des canaux bruyants ou stocker des images de manière à minimiser le risque de corruption des données.

Malgré ses nombreux avantages, JPEG 2000 n'a pas été largement adopté par rapport au format JPEG d'origine. Cela est dû en partie à la plus grande complexité de calcul de la compression et de la décompression basées sur les ondelettes, qui peuvent nécessiter plus de puissance de traitement et peuvent être plus lentes que les méthodes basées sur la DCT. De plus, le format JPEG d'origine est profondément ancré dans l'industrie de l'imagerie et bénéficie d'un large support logiciel et matériel, ce qui en fait un choix par défaut pour de nombreuses applications.

Cependant, JPEG 2000 a trouvé une niche dans certains domaines où ses fonctionnalités avancées sont particulièrement bénéfiques. Par exemple, il est utilisé dans le cinéma numérique pour la distribution de films, où sa représentation d'image de haute qualité et sa prise en charge de différents rapports d'aspect et fréquences d'images sont importantes. Il est également utilisé dans les systèmes d'information géographique (SIG) et la télédétection, où sa capacité à gérer de très grandes images et sa prise en charge du codage ROI sont précieuses.

Pour les développeurs de logiciels et les ingénieurs travaillant avec JPEG 2000, plusieurs bibliothèques et outils sont disponibles pour prendre en charge l'encodage et le décodage des fichiers JP2. L'une des plus connues est la bibliothèque OpenJPEG, qui est un codec JPEG 2000 open source écrit en C. D'autres progiciels commerciaux offrent également la prise en charge de JPEG 2000, souvent avec des performances optimisées et des fonctionnalités supplémentaires.

En conclusion, le format d'image JPEG 2000 offre une gamme de fonctionnalités et d'améliorations par rapport à la norme JPEG d'origine, notamment une efficacité de compression supérieure, une prise en charge de la compression sans perte et avec perte, un décodage progressif et une résilience avancée aux erreurs. Bien qu'il n'ait pas remplacé JPEG dans la plupart des applications grand public, il constitue un outil précieux dans les industries qui nécessitent un stockage et une transmission d'images de haute qualité. À mesure que la technologie continue de progresser et que le besoin de solutions d'imagerie plus sophistiquées augmente, JPEG 2000 pourrait voir son adoption augmenter sur les marchés nouveaux et existants.