あらゆる画像を J2Kに 変換

JPEG 2000 コードストリームとしても知られる J2C 画像フォーマットは、JPEG 2000 標準スイートの一部です。JPEG 2000 自体は、元の JPEG 標準に取って代わることを意図して、Joint Photographic Experts Group 委員会によって作成された画像圧縮標準および符号化システムです。JPEG 2000 標準は、JPEG に対して高い柔軟性と向上したパフォーマンスを備えた新しい画像符号化システムを提供することを目標に確立されました。低ビットレートでのパフォーマンスの悪さやスケーラビリティの欠如など、JPEG フォーマットのいくつかの制限に対処するように設計されました。

JPEG 2000 は、元の JPEG 標準で使用されている離散コサイン変換 (DCT) ではなく、ウェーブレット変換を使用します。ウェーブレット変換は、より高いレベルのスケーラビリティと可逆圧縮を実行する機能を可能にします。つまり、元の画像を圧縮データから完全に再構築できます。これは、圧縮プロセス中に画像情報を永久に失う元の JPEG の非可逆圧縮に比べて大きな利点です。

J2C ファイルフォーマットは、JPEG 2000 のコードストリームを具体的に指します。このコードストリームは実際の符号化された画像データであり、JP2 (JPEG 2000 パート 1 ファイルフォーマット)、JPX (JPEG 2000 パート 2、拡張ファイルフォーマット)、MJ2 (ビデオ用の Motion JPEG 2000 ファイルフォーマット) などのさまざまなコンテナフォーマットに埋め込むことができます。J2C フォーマットは、コンテナフォーマットによって提供される可能性のある追加のメタデータや構造を持たない、本質的に生の符号化された画像データです。

J2C フォーマットの重要な機能の 1 つは、同じファイル内で可逆圧縮と非可逆圧縮の両方をサポートしていることです。これは、可逆圧縮には可逆ウェーブレット変換を使用し、非可逆圧縮には非可逆ウェーブレット変換を使用することで実現されます。可逆圧縮と非可逆圧縮の選択は、画像内のタイル単位で行うことができ、コンテンツの重要性に応じて高品質と低品質の領域を混在させることができます。

J2C フォーマットはまた、非常にスケーラブルで、「プログレッシブデコード」として知られる機能をサポートしています。つまり、低解像度のバージョンの画像を最初にデコードして表示し、その後、より多くの画像データが受信または処理されるにつれて、より高い解像度のレイヤーが順次表示されます。これは、帯域幅が限られているネットワークアプリケーションに特に役立ちます。フルの、高解像度の画像がまだダウンロードされている間、画像をすばやくプレビューできます。

J2C フォーマットのもう 1 つの重要な側面は、関心領域 (ROI) をサポートしていることです。ROI コーディングを使用すると、画像の特定の部分を画像の他の部分よりも高い品質で符号化できます。これは、画像の特定の領域がより重要で、肖像画の顔やドキュメントのテキストなど、より高い忠実度で保存する必要がある場合に役立ちます。

J2C フォーマットには、洗練されたエラー耐性機能も含まれており、送信中のデータ損失に対してより堅牢になります。これは、エラー訂正コードを使用し、失われたパケットを回復できるようにコードストリームを構成することで実現されます。これにより、J2C は信頼できないネットワークを介して画像を送信したり、潜在的なデータ破損の影響を最小限に抑える方法で画像を格納したりするのに適しています。

J2C のカラースペース処理も、元の JPEG よりも高度です。このフォーマットは、グレースケール、RGB、YCbCr など、幅広いカラースペースをサポートしています。また、同じ画像の異なるタイル内で異なるカラースペースを使用することもでき、画像の符号化と表現方法に柔軟性を持たせます。

J2C フォーマットの圧縮効率は、もう 1 つの強みです。ウェーブレット変換と算術符号化などの高度なエントロピー符号化手法を使用することで、J2C は元の JPEG よりも高い圧縮率を実現できます。特に低ビットレートで。これにより、モバイルデバイスや Web アプリケーションなど、ストレージスペースや帯域幅が重要なアプリケーションに魅力的なオプションになります。

多くの利点にもかかわらず、J2C フォーマットは元の JPEG フォーマットと比較して広く採用されていません。これは、JPEG 2000 標準の複雑さが増しているためで、画像の符号化とデコードにはより多くの計算リソースが必要です。さらに、元の JPEG フォーマットは多くのシステムに深く組み込まれており、ソフトウェアとハードウェアのサポートのエコシステムが非常に充実しているため、新しい標準が足場を固めることは困難です。

ただし、特定の専門分野では、J2C フォーマットがその特定の機能のために優先的な選択肢となっています。たとえば、医療画像では、可逆圧縮を実行する機能と、高ダイナミックレンジおよび高ビット深度画像のサポートにより、J2C は理想的なフォーマットになります。同様に、デジタルシネマやビデオアーカイブでは、高圧縮率でのフォーマットの高品質とスケーラビリティ機能が非常に高く評価されています。

J2C 画像の符号化プロセスには、いくつかの手順が含まれます。まず、画像はタイルに分割され、独立して処理できます。このタイル処理により、並列処理が可能になり、符号化およびデコードプロセスの効率が向上します。次に、可逆圧縮または非可逆圧縮のどちらが必要かに応じて、各タイルは可逆ウェーブレット変換または非可逆ウェーブレット変換を使用して変換されます。

ウェーブレット変換後、係数は量子化されます。これには、ウェーブレット係数の精度を下げることが含まれます。可逆圧縮では、量子化は誤差を導入するため、この手順はスキップされます。量子化された係数は、算術符号化を使用してエントロピー符号化され、画像コンテンツの統計的特性を利用してデータのサイズを削減します。

符号化プロセスの最後のステップは、コードストリームのアセンブリです。各タイルのエントロピー符号化データは、画像とその符号化方法を記述するヘッダー情報と組み合わされます。これには、画像のサイズ、タイルの数、使用されたウェーブレット変換、量子化パラメーター、およびその他の関連データに関する情報が含まれます。生成されたコードストリームは、J2C ファイルに格納するか、コンテナフォーマットに埋め込むことができます。

J2C 画像のデコードは、本質的に符号化プロセスを逆にすることを伴います。コードストリームは、ヘッダー情報と各タイルのエントロピー符号化データを抽出するために解析されます。次に、エントロピー符号化データがデコードされて、量子化されたウェーブレット係数が復元されます。画像が非可逆圧縮を使用して圧縮された場合、係数は量子化解除されて元の値に近似されます。逆ウェーブレット変換がウェーブレット係数から画像を再構築するために適用され、タイルが一緒に縫い合わされて最終的な画像が形成されます。

結論として、J2C 画像フォーマットは、より優れた圧縮効率、スケーラビリティ、可逆圧縮を実行する機能など、元の JPEG フォーマットに対していくつかの利点を提供する、強力で柔軟な画像符号化システムです。JPEG と同じレベルの普遍性を達成していませんが、高品質の画像を必要とするアプリケーションや特定の技術的要件を持つアプリケーションに適しています。テクノロジーが進化し続け、より洗練された画像符号化システムの必要性が高まるにつれて、J2C フォーマットはさまざまな分野で採用が増える可能性があります。