Zobacz JP2s

JPEG 2000 (JP2) to standard kompresji obrazu i system kodowania, który został stworzony przez komitet Joint Photographic Experts Group (JPEG) w 2000 roku z zamiarem zastąpienia oryginalnego standardu JPEG. JPEG 2000 jest również znany z rozszerzenia nazwy pliku .jp2. Został opracowany od podstaw, aby rozwiązać niektóre ograniczenia oryginalnego formatu JPEG, zapewniając jednocześnie lepszą jakość obrazu i elastyczność. Ważne jest, aby zauważyć, że JPC jest często używany jako termin odnoszący się do strumienia kodu JPEG 2000, który jest rzeczywistym strumieniem bajtów reprezentującym skompresowane dane obrazu, zwykle znajdującym się w plikach JP2 lub innych formatach kontenerów, takich jak MJ2 dla sekwencji JPEG 2000.

JPEG 2000 wykorzystuje kompresję opartą na faletkach, w przeciwieństwie do dyskretnej transformacji kosinusowej (DCT) używanej w oryginalnym formacie JPEG. Kompresja faletkowa zapewnia kilka zalet, w tym lepszą wydajność kompresji, szczególnie w przypadku obrazów o wyższej rozdzielczości, oraz lepszą jakość obrazu przy wyższych współczynnikach kompresji. Wynika to z faktu, że faletki nie cierpią na „blokowe” artefakty, które mogą być wprowadzane przez DCT, gdy obrazy są mocno skompresowane. Zamiast tego kompresja faletkowa może prowadzić do bardziej naturalnej degradacji jakości obrazu, która jest często mniej zauważalna dla ludzkiego oka.

Jedną z kluczowych cech JPEG 2000 jest obsługa zarówno kompresji bezstratnej, jak i stratnej w tym samym formacie pliku. Oznacza to, że użytkownicy mogą wybrać kompresję obrazu bez utraty jakości lub zdecydować się na kompresję stratną, aby uzyskać mniejsze rozmiary plików. Tryb bezstratny JPEG 2000 jest szczególnie przydatny w zastosowaniach, w których integralność obrazu jest krytyczna, takich jak obrazowanie medyczne, archiwa cyfrowe i fotografia profesjonalna.

Kolejną ważną cechą JPEG 2000 jest obsługa progresywnego dekodowania. Pozwala to na dekodowanie i wyświetlanie obrazu stopniowo w miarę odbierania danych, co może być bardzo przydatne w przypadku aplikacji internetowych lub sytuacji, gdy przepustowość jest ograniczona. Dzięki progresywnemu dekodowaniu najpierw można wyświetlić wersję niskiej jakości całego obrazu, a następnie kolejne udoskonalenia, które poprawiają jakość obrazu w miarę dostępności większej ilości danych. Jest to w przeciwieństwie do oryginalnego formatu JPEG, który zwykle ładuje obraz od góry do dołu.

JPEG 2000 oferuje również bogaty zestaw dodatkowych funkcji, w tym kodowanie regionu zainteresowania (ROI), które pozwala na kompresję różnych części obrazu przy różnych poziomach jakości. Jest to szczególnie przydatne, gdy niektóre obszary obrazu są ważniejsze niż inne i muszą być zachowane z większą dokładnością. Na przykład na obrazie satelitarnym obszar zainteresowania może być skompresowany bezstratnie, podczas gdy otaczające obszary są kompresowane stratnie, aby zaoszczędzić miejsce.

Standard JPEG 2000 obsługuje również szeroką gamę przestrzeni kolorów, w tym skale szarości, RGB, YCbCr i inne, a także głębię kolorów od 1 bita (binarnego) do 16 bitów na składnik zarówno w trybach bezstratnym, jak i stratnym. Ta elastyczność sprawia, że jest odpowiedni do różnych zastosowań obrazowania, od prostych grafik internetowych po złożone obrazy medyczne wymagające wysokiego zakresu dynamiki i precyzyjnego odwzorowania kolorów.

Pod względem struktury pliku plik JPEG 2000 składa się z serii pudełek, które zawierają różne informacje o pliku. Głównym pudełkiem jest pudełko nagłówka JP2, które zawiera właściwości takie jak typ pliku, rozmiar obrazu, głębia bitowa i przestrzeń kolorów. Po nagłówku znajdują się dodatkowe pola, które mogą zawierać metadane, informacje o profilu kolorów i rzeczywiste skompresowane dane obrazu (strumień kodowy).

Sam strumień kodowy składa się z serii znaczników i segmentów, które definiują sposób kompresji danych obrazu i sposób ich dekodowania. Strumień kodowy zaczyna się od znacznika SOC (Start of Codestream) i kończy znacznikiem EOC (End of Codestream). Pomiędzy tymi znacznikami znajduje się kilka ważnych segmentów, w tym segment SIZ (Image and tile size), który definiuje wymiary obrazu i kafelków, oraz segment COD (Coding style default), który określa transformację faletkową i parametry kwantyzacji używane do kompresji.

Odporność na błędy JPEG 2000 to kolejna cecha, która odróżnia go od poprzednika. Strumień kodowy może zawierać informacje o korekcji błędów, które umożliwiają dekoderom wykrywanie i korygowanie błędów, które mogły wystąpić podczas transmisji. Dzięki temu JPEG 2000 jest dobrym wyborem do przesyłania obrazów przez kanały z zakłóceniami lub przechowywania obrazów w sposób minimalizujący ryzyko uszkodzenia danych.

Pomimo wielu zalet, JPEG 2000 nie zyskał tak szerokiego zastosowania w porównaniu z oryginalnym formatem JPEG. Wynika to częściowo z większej złożoności obliczeniowej kompresji i dekompresji opartej na faletkach, która może wymagać większej mocy obliczeniowej i może być wolniejsza niż metody oparte na DCT. Ponadto oryginalny format JPEG jest głęboko zakorzeniony w branży obrazowania i ma szerokie wsparcie w oprogramowaniu i sprzęcie, co czyni go domyślnym wyborem dla wielu aplikacji.

Jednak JPEG 2000 znalazł niszę w niektórych dziedzinach, w których jego zaawansowane funkcje są szczególnie korzystne. Na przykład jest używany w kinie cyfrowym do dystrybucji filmów, gdzie ważna jest jego wysokiej jakości reprezentacja obrazu i obsługa różnych współczynników proporcji i szybkości klatek. Jest również używany w systemach informacji geograficznej (GIS) i teledetekcji, gdzie jego zdolność do obsługi bardzo dużych obrazów i obsługa kodowania ROI są cenne.

Dla programistów i inżynierów oprogramowania pracujących z JPEG 2000 dostępnych jest kilka bibliotek i narzędzi, które zapewniają obsługę kodowania i dekodowania plików JP2. Jedną z najbardziej znanych jest biblioteka OpenJPEG, która jest kodekiem JPEG 2000 typu open source napisanym w języku C. Inne komercyjne pakiety oprogramowania również oferują obsługę JPEG 2000, często z zoptymalizowaną wydajnością i dodatkowymi funkcjami.

Podsumowując, format obrazu JPEG 2000 oferuje szereg funkcji i ulepszeń w stosunku do oryginalnego standardu JPEG, w tym lepszą wydajność kompresji, obsługę zarówno kompresji bezstratnej, jak i stratnej, progresywne dekodowanie i zaawansowaną odporność na błędy. Chociaż nie zastąpił JPEG w większości głównych aplikacji, służy jako cenne narzędzie w branżach wymagających wysokiej jakości przechowywania i przesyłania obrazów. W miarę postępu technologii i rosnącego zapotrzebowania na bardziej wyrafinowane rozwiązania obrazowania, JPEG 2000 może zyskać większą adopcję na nowych i istniejących rynkach.