Просмотр J2Ks

JPEG 2000, обычно называемый J2K, является стандартом сжатия изображений и системой кодирования, созданной комитетом Joint Photographic Experts Group в 2000 году с целью замены исходного стандарта JPEG. Он был разработан для устранения некоторых ограничений исходного стандарта JPEG и для предоставления нового набора функций, которые все чаще требовались для различных приложений. JPEG 2000 — это не просто единый стандарт, а набор стандартов, охватываемых семейством JPEG 2000 (ISO/IEC 15444).

Одним из основных преимуществ JPEG 2000 перед исходным форматом JPEG является использование вейвлет-преобразования вместо дискретного косинусного преобразования (DCT). Вейвлет-преобразование позволяет достичь более высоких коэффициентов сжатия без той же степени видимых артефактов, которые могут присутствовать в изображениях JPEG. Это особенно полезно для приложений с высоким разрешением и высоким качеством изображения, таких как спутниковые снимки, медицинская визуализация, цифровое кино и архивное хранение, где качество изображения имеет первостепенное значение.

JPEG 2000 поддерживает как сжатие без потерь, так и с потерями в рамках одной архитектуры сжатия. Сжатие без потерь достигается с помощью обратимого вейвлет-преобразования, которое гарантирует, что исходные данные изображения могут быть идеально восстановлены из сжатого изображения. Сжатие с потерями, с другой стороны, использует необратимое вейвлет-преобразование для достижения более высоких коэффициентов сжатия путем отбрасывания некоторой менее важной информации в изображении.

Еще одной важной особенностью JPEG 2000 является поддержка прогрессивной передачи изображений, также известной как прогрессивное декодирование. Это означает, что изображение может быть декодировано и отображено в более низких разрешениях и постепенно увеличено до полного разрешения по мере поступления дополнительных данных. Это особенно полезно для приложений с ограниченной пропускной способностью, таких как просмотр веб-страниц или мобильные приложения, где полезно быстро отображать версию изображения более низкого качества и улучшать качество по мере получения дополнительных данных.

JPEG 2000 также вводит концепцию областей интереса (ROI). Это позволяет сжимать разные части изображения с разным уровнем качества. Например, в сценарии медицинской визуализации область, содержащая диагностический признак, может быть сжата без потерь или с более высоким качеством, чем окружающие области. Этот выборочный контроль качества может быть очень важен в областях, где определенные части изображения важнее других.

Формат файла для изображений JPEG 2000 — JP2, который является стандартизированным и расширяемым форматом, включающим как данные изображения, так и метаданные. Формат JP2 использует расширение файла .jp2 и может содержать широкий спектр информации, включая информацию о цветовом пространстве, уровнях разрешения и информацию об интеллектуальной собственности. Кроме того, JPEG 2000 поддерживает формат JPM (для составных изображений, таких как документы, содержащие как текст, так и изображения) и формат MJ2 для последовательностей движений, аналогичных видеофайлу.

JPEG 2000 использует сложную схему кодирования, известную как EBCOT (встроенное блочное кодирование с оптимальным усечением). EBCOT обеспечивает несколько преимуществ, включая улучшенную устойчивость к ошибкам и возможность тонкой настройки сжатия для достижения желаемого баланса между качеством изображения и размером файла. Алгоритм EBCOT делит изображение на небольшие блоки, называемые кодовыми блоками, и кодирует каждый из них независимо. Это позволяет локализовать ошибки в случае повреждения данных и облегчает прогрессивную передачу изображений.

Обработка цветового пространства в JPEG 2000 более гибкая, чем в исходном стандарте JPEG. JPEG 2000 поддерживает широкий спектр цветовых пространств, включая градации серого, RGB, YCbCr и другие, а также различные битовые глубины, от двоичных изображений до 16 бит на компонент или выше. Эта гибкость делает JPEG 2000 подходящим для различных приложений и гарантирует, что он может удовлетворить требования различных технологий обработки изображений.

JPEG 2000 также включает надежные функции безопасности, такие как возможность включать шифрование и цифровые водяные знаки в файл. Это особенно важно для приложений, где защита авторских прав или аутентификация контента являются проблемой. Часть JPSEC (безопасность JPEG 2000) стандарта описывает эти функции безопасности, предоставляя основу для безопасного распространения изображений.

Одной из проблем JPEG 2000 является то, что он вычислительно более интенсивен, чем исходный стандарт JPEG. Сложность вейвлет-преобразования и схемы кодирования EBCOT означает, что кодирование и декодирование изображений JPEG 2000 требуют большей вычислительной мощности. Исторически это ограничивало его использование в бытовой электронике и веб-приложениях, где вычислительные накладные расходы могли быть существенным фактором. Однако по мере увеличения вычислительной мощности и распространения специализированной аппаратной поддержки это ограничение стало менее актуальным.

Несмотря на свои преимущества, JPEG 2000 не получил широкого распространения по сравнению с исходным форматом JPEG. Это отчасти связано с повсеместным распространением формата JPEG и обширной экосистемой программного и аппаратного обеспечения, которая его поддерживает. Кроме того, проблемы с лицензированием и патентами, связанные с JPEG 2000, также препятствовали его внедрению. Некоторые технологии, используемые в JPEG 2000, были запатентованы, и необходимость управления лицензиями на эти патенты делала его менее привлекательным для некоторых разработчиков и предприятий.

С точки зрения размера файла файлы JPEG 2000 обычно меньше, чем файлы JPEG эквивалентного качества. Это связано с более эффективными алгоритмами сжатия, используемыми в JPEG 2000, которые могут более эффективно уменьшать избыточность и нерелевантность в данных изображения. Однако разница в размере файла может варьироваться в зависимости от содержимого изображения и используемых настроек сжатия. Для изображений с большим количеством мелких деталей или высоким уровнем шума превосходное сжатие JPEG 2000 может привести к значительно меньшим файлам.

JPEG 2000 также поддерживает черепицу, которая делит изображение на более мелкие, независимо закодированные черепицы. Это может быть полезно для очень больших изображений, таких как те, которые используются в спутниковой съемке или картографических приложениях, поскольку это позволяет более эффективно кодировать, декодировать и обрабатывать изображение. Пользователи могут получать доступ и декодировать отдельные черепицы без необходимости обрабатывать все изображение, что может сэкономить память и требования к обработке.

Стандартизация JPEG 2000 также включает положения для обработки метаданных, что является важным аспектом для архивных и поисковых систем. Формат JPX, расширение JP2, позволяет включать обширные метаданные, включая поля XML и UUID, которые могут хранить любой тип информации о метаданных. Это делает JPEG 2000 хорошим выбором для приложений, где сохранение метаданных имеет важное значение, таких как цифровые библиотеки и музеи.

В заключение, JPEG 2000 — это сложный стандарт сжатия изображений, который предлагает многочисленные преимущества по сравнению с исходным форматом JPEG, включая более высокие коэффициенты сжатия, прогрессивное декодирование, области интереса и надежные функции безопасности. Его гибкость с точки зрения цветовых пространств и битовых глубин, а также поддержка метаданных делают его подходящим для широкого спектра профессиональных приложений. Однако его вычислительная сложность и первоначальные проблемы с патентами ограничили его широкое распространение. Несмотря на это, JPEG 2000 по-прежнему остается предпочтительным форматом в отраслях, где качество изображения и набор функций более критичны, чем вычислительная эффективность или широкая совместимость.