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JPEG 2000 (JP2) è uno standard di compressione delle immagini e un sistema di codifica creato dal comitato Joint Photographic Experts Group (JPEG) nel 2000 con l'intenzione di sostituire lo standard JPEG originale. JPEG 2000 è noto anche per l'estensione del nome file .jp2. È stato sviluppato da zero per affrontare alcune delle limitazioni del formato JPEG originale, fornendo al contempo una qualità dell'immagine e una flessibilità superiori. È importante notare che JPC viene spesso utilizzato come termine per fare riferimento al flusso di codice JPEG 2000, che è il flusso effettivo di byte che rappresenta i dati dell'immagine compressa, in genere presente nei file JP2 o in altri formati contenitore come MJ2 per sequenze JPEG 2000 in movimento.

JPEG 2000 utilizza la compressione basata su wavelet, al contrario della trasformata discreta del coseno (DCT) utilizzata nel formato JPEG originale. La compressione wavelet offre diversi vantaggi, tra cui una migliore efficienza di compressione, in particolare per immagini ad alta risoluzione, e una migliore qualità dell'immagine a rapporti di compressione più elevati. Ciò è dovuto al fatto che le wavelet non soffrono degli artefatti "a blocchi" che possono essere introdotti dalla DCT quando le immagini sono altamente compresse. Al contrario, la compressione wavelet può comportare un degrado più naturale della qualità dell'immagine, che spesso è meno evidente all'occhio umano.

Una delle caratteristiche principali di JPEG 2000 è il suo supporto sia per la compressione senza perdita di dati che per quella con perdita di dati all'interno dello stesso formato file. Ciò significa che gli utenti possono scegliere di comprimere un'immagine senza alcuna perdita di qualità oppure possono optare per la compressione con perdita di dati per ottenere dimensioni di file più piccole. La modalità senza perdita di dati di JPEG 2000 è particolarmente utile per applicazioni in cui l'integrità dell'immagine è critica, come l'imaging medico, gli archivi digitali e la fotografia professionale.

Un'altra caratteristica significativa di JPEG 2000 è il suo supporto per la decodifica progressiva. Ciò consente di decodificare e visualizzare un'immagine in modo incrementale man mano che i dati vengono ricevuti, il che può essere molto utile per applicazioni Web o situazioni in cui la larghezza di banda è limitata. Con la decodifica progressiva, è possibile visualizzare prima una versione di bassa qualità dell'intera immagine, seguita da raffinamenti successivi che migliorano la qualità dell'immagine man mano che diventano disponibili più dati. Ciò è in contrasto con il formato JPEG originale, che in genere carica un'immagine dall'alto verso il basso.

JPEG 2000 offre anche una ricca serie di funzionalità aggiuntive, tra cui la codifica della regione di interesse (ROI), che consente di comprimere parti diverse di un'immagine a diversi livelli di qualità. Ciò è particolarmente utile quando alcune aree di un'immagine sono più importanti di altre e devono essere preservate con maggiore fedeltà. Ad esempio, in un'immagine satellitare, l'area di interesse potrebbe essere compressa senza perdita di dati, mentre le aree circostanti vengono compresse con perdita di dati per risparmiare spazio.

Lo standard JPEG 2000 supporta anche un'ampia gamma di spazi colore, tra cui scala di grigi, RGB, YCbCr e altri, nonché una profondità del colore che va da 1 bit (binario) fino a 16 bit per componente sia nelle modalità senza perdita di dati che con perdita di dati. Questa flessibilità lo rende adatto a una varietà di applicazioni di imaging, dalla semplice grafica Web all'imaging medico complesso che richiede un'elevata gamma dinamica e una rappresentazione precisa del colore.

In termini di struttura del file, un file JPEG 2000 è composto da una serie di box, che contengono diverse informazioni sul file. Il box principale è il box di intestazione JP2, che include proprietà come il tipo di file, le dimensioni dell'immagine, la profondità di bit e lo spazio colore. Dopo l'intestazione, ci sono box aggiuntivi che possono contenere metadati, informazioni sul profilo colore e i dati effettivi dell'immagine compressa (il flusso di codice).

Il flusso di codice stesso è costituito da una serie di marcatori e segmenti che definiscono come vengono compressi i dati dell'immagine e come dovrebbero essere decodificati. Il flusso di codice inizia con il marcatore SOC (Start of Codestream) e termina con il marcatore EOC (End of Codestream). Tra questi marcatori, ci sono diversi segmenti importanti, tra cui il segmento SIZ (Image and tile size), che definisce le dimensioni dell'immagine e delle tessere, e il segmento COD (Coding style default), che specifica la trasformazione wavelet e i parametri di quantizzazione utilizzati per la compressione.

La resilienza agli errori di JPEG 2000 è un'altra caratteristica che lo distingue dal suo predecessore. Il flusso di codice può includere informazioni di correzione degli errori che consentono ai decodificatori di rilevare e correggere gli errori che potrebbero essersi verificati durante la trasmissione. Ciò rende JPEG 2000 una buona scelta per la trasmissione di immagini su canali rumorosi o per l'archiviazione di immagini in modo da ridurre al minimo il rischio di danneggiamento dei dati.

Nonostante i suoi numerosi vantaggi, JPEG 2000 non ha visto un'adozione diffusa rispetto al formato JPEG originale. Ciò è dovuto in parte alla maggiore complessità computazionale della compressione e decompressione basata su wavelet, che può richiedere maggiore potenza di elaborazione e può essere più lenta dei metodi basati su DCT. Inoltre, il formato JPEG originale è profondamente radicato nell'industria dell'imaging e ha un ampio supporto su software e hardware, rendendolo una scelta predefinita per molte applicazioni.

Tuttavia, JPEG 2000 ha trovato una nicchia in alcuni campi in cui le sue funzionalità avanzate sono particolarmente vantaggiose. Ad esempio, viene utilizzato nel cinema digitale per la distribuzione di film, dove sono importanti la sua rappresentazione di immagini di alta qualità e il supporto per diversi rapporti di aspetto e frame rate. Viene utilizzato anche nei sistemi di informazione geografica (GIS) e nel telerilevamento, dove la sua capacità di gestire immagini molto grandi e il supporto per la codifica ROI sono preziosi.

Per gli sviluppatori software e gli ingegneri che lavorano con JPEG 2000, sono disponibili diverse librerie e strumenti che forniscono supporto per la codifica e la decodifica di file JP2. Una delle più note è la libreria OpenJPEG, che è un codec JPEG 2000 open source scritto in C. Anche altri pacchetti software commerciali offrono supporto JPEG 2000, spesso con prestazioni ottimizzate e funzionalità aggiuntive.

In conclusione, il formato immagine JPEG 2000 offre una gamma di funzionalità e miglioramenti rispetto allo standard JPEG originale, tra cui una maggiore efficienza di compressione, supporto sia per la compressione senza perdita di dati che con perdita di dati, decodifica progressiva e avanzata resilienza agli errori. Sebbene non abbia sostituito JPEG nella maggior parte delle applicazioni tradizionali, funge da strumento prezioso nei settori che richiedono archiviazione e trasmissione di immagini di alta qualità. Man mano che la tecnologia continua ad avanzare e cresce la necessità di soluzioni di imaging più sofisticate, JPEG 2000 potrebbe vedere una maggiore adozione in mercati nuovi ed esistenti.