ดู JPCs

JPEG 2000 (JP2) เป็นมาตรฐานการบีบอัดภาพและระบบการเข้ารหัสที่สร้างขึ้นโดยคณะกรรมการ Joint Photographic Experts Group (JPEG) ในปี 2000 โดยมีจุดประสงค์เพื่อแทนที่มาตรฐาน JPEG เดิม JPEG 2000 ยังเป็นที่รู้จักในนามสกุลไฟล์ .jp2 ได้รับการพัฒนาขึ้นมาใหม่เพื่อแก้ไขข้อจำกัดบางประการของรูปแบบ JPEG เดิม โดยให้คุณภาพของภาพและความยืดหยุ่นที่เหนือกว่า สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่า JPC มักใช้เป็นคำเพื่ออ้างถึง JPEG 2000 Code Stream ซึ่งเป็นสตรีมไบต์จริงที่แสดงข้อมูลภาพที่บีบอัด ซึ่งโดยทั่วไปจะพบในไฟล์ JP2 หรือรูปแบบคอนเทนเนอร์อื่นๆ เช่น MJ2 สำหรับลำดับภาพเคลื่อนไหว JPEG 2000

JPEG 2000 ใช้การบีบอัดแบบเวฟเล็ต ซึ่งต่างจากการแปลงโคไซน์แบบไม่ต่อเนื่อง (DCT) ที่ใช้ในรูปแบบ JPEG เดิม การบีบอัดแบบเวฟเล็ตให้ข้อได้เปรียบหลายประการ รวมถึงประสิทธิภาพการบีบอัดที่ดีกว่า โดยเฉพาะสำหรับภาพความละเอียดสูง และคุณภาพของภาพที่ดีขึ้นในอัตราการบีบอัดที่สูงกว่า เนื่องจากเวฟเล็ตไม่ประสบปัญหาสิ่งประดิษฐ์แบบ 'เป็นบล็อก' ที่อาจเกิดขึ้นจาก DCT เมื่อภาพถูกบีบอัดอย่างมาก แทนที่จะเป็นเช่นนั้น การบีบอัดแบบเวฟเล็ตอาจส่งผลให้คุณภาพของภาพลดลงตามธรรมชาติ ซึ่งมักจะสังเกตเห็นได้น้อยกว่าด้วยสายตาของมนุษย์

หนึ่งในคุณสมบัติหลักของ JPEG 2000 คือการรองรับการบีบอัดแบบไม่สูญเสียและแบบสูญเสียภายในรูปแบบไฟล์เดียวกัน ซึ่งหมายความว่าผู้ใช้สามารถเลือกบีบอัดภาพโดยไม่สูญเสียคุณภาพใดๆ หรือสามารถเลือกการบีบอัดแบบสูญเสียเพื่อให้ได้ขนาดไฟล์ที่เล็กลง โหมดไม่สูญเสียของ JPEG 2000 มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับแอปพลิเคชันที่ความสมบูรณ์ของภาพมีความสำคัญ เช่น การถ่ายภาพทางการแพทย์ ไฟล์ดิจิทัล และการถ่ายภาพระดับมืออาชีพ

อีกหนึ่งคุณสมบัติที่สำคัญของ JPEG 2000 คือการรองรับการถอดรหัสแบบก้าวหน้า ซึ่งช่วยให้สามารถถอดรหัสและแสดงภาพได้ทีละน้อยเมื่อได้รับข้อมูล ซึ่งอาจมีประโยชน์มากสำหรับแอปพลิเคชันเว็บหรือสถานการณ์ที่แบนด์วิดท์จำกัด ด้วยการถอดรหัสแบบก้าวหน้า สามารถแสดงภาพเวอร์ชันคุณภาพต่ำของภาพทั้งหมดก่อน จากนั้นจึงปรับปรุงคุณภาพของภาพตามลำดับเมื่อมีข้อมูลเพิ่มเติมพร้อมใช้งาน ซึ่งตรงกันข้ามกับรูปแบบ JPEG เดิม ซึ่งโดยทั่วไปจะโหลดภาพจากบนลงล่าง

JPEG 2000 ยังมีคุณสมบัติเพิ่มเติมมากมาย รวมถึงการเข้ารหัสแบบ region-of-interest (ROI) ซึ่งช่วยให้สามารถบีบอัดส่วนต่างๆ ของภาพด้วยระดับคุณภาพที่แตกต่างกันได้ ซึ่งมีประโยชน์อย่างยิ่งเมื่อบางพื้นที่ของภาพมีความสำคัญมากกว่าพื้นที่อื่นๆ และจำเป็นต้องรักษาไว้ด้วยความเที่ยงตรงที่สูงกว่า ตัวอย่างเช่น ในภาพถ่ายดาวเทียม พื้นที่ที่น่าสนใจอาจถูกบีบอัดแบบไม่สูญเสีย ในขณะที่พื้นที่โดยรอบถูกบีบอัดแบบสูญเสียเพื่อประหยัดพื้นที่

มาตรฐาน JPEG 2000 ยังรองรับพื้นที่สีที่หลากหลาย รวมถึงเฉดสีเทา RGB YCbCr และอื่นๆ รวมถึงความลึกของสีตั้งแต่ 1 บิต (ไบนารี) สูงสุด 16 บิตต่อส่วนประกอบในทั้งโหมดไม่สูญเสียและแบบสูญเสีย ความยืดหยุ่นนี้ทำให้เหมาะสำหรับแอปพลิเคชันการถ่ายภาพที่หลากหลาย ตั้งแต่กราฟิกเว็บไซต์แบบง่ายๆ ไปจนถึงการถ่ายภาพทางการแพทย์ที่ซับซ้อนซึ่งต้องการช่วงไดนามิกสูงและการแสดงสีที่แม่นยำ

ในแง่ของโครงสร้างไฟล์ ไฟล์ JPEG 2000 ประกอบด้วยกล่องชุดหนึ่ง ซึ่งมีข้อมูลต่างๆ เกี่ยวกับไฟล์ กล่องหลักคือกล่องส่วนหัว JP2 ซึ่งรวมถึงคุณสมบัติต่างๆ เช่น ประเภทไฟล์ ขนาดภาพ ความลึกของบิต และพื้นที่สี หลังจากส่วนหัวแล้ว จะมีกล่องเพิ่มเติมที่สามารถมีข้อมูลเมตาข้อมูล ข้อมูลโปรไฟล์สี และข้อมูลภาพที่บีบอัดจริง (codestream)

codestream เองประกอบด้วยชุดของเครื่องหมายและส่วนที่กำหนดวิธีบีบอัดข้อมูลภาพและวิธีถอดรหัส codestream เริ่มต้นด้วยเครื่องหมาย SOC (Start of Codestream) และลงท้ายด้วยเครื่องหมาย EOC (End of Codestream) ระหว่างเครื่องหมายเหล่านี้มีส่วนสำคัญหลายส่วน รวมถึงส่วน SIZ (ขนาดภาพและไทล์) ซึ่งกำหนดขนาดของภาพและไทล์ และส่วน COD (ค่าเริ่มต้นของสไตล์การเข้ารหัส) ซึ่งระบุการแปลงเวฟเล็ตและพารามิเตอร์การหาปริมาณที่ใช้สำหรับการบีบอัด

ความทนทานต่อข้อผิดพลาดของ JPEG 2000 เป็นอีกหนึ่งคุณสมบัติที่ทำให้แตกต่างจากรุ่นก่อน Codestream สามารถรวมข้อมูลการแก้ไขข้อผิดพลาดที่ช่วยให้ตัวถอดรหัสตรวจหาและแก้ไขข้อผิดพลาดที่อาจเกิดขึ้นระหว่างการส่งข้อมูลได้ ซึ่งทำให้ JPEG 2000 เป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับการส่งภาพผ่านช่องสัญญาณที่มีสัญญาณรบกวนหรือการจัดเก็บภาพในลักษณะที่ลดความเสี่ยงของข้อมูลเสียหาย

แม้จะมีข้อดีมากมาย แต่ JPEG 2000 ก็ยังไม่ได้รับการยอมรับอย่างแพร่หลายเมื่อเทียบกับรูปแบบ JPEG เดิม ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งมาจากความซับซ้อนในการคำนวณที่มากขึ้นของการบีบอัดและการถอดรหัสแบบเวฟเล็ต ซึ่งอาจต้องใช้พลังในการประมวลผลมากขึ้นและอาจช้ากว่าวิธีการแบบ DCT นอกจากนี้ รูปแบบ JPEG เดิมยังฝังรากลึกในอุตสาหกรรมการถ่ายภาพและได้รับการสนับสนุนอย่างกว้างขวางทั้งในซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์ ทำให้เป็นตัวเลือกเริ่มต้นสำหรับแอปพลิเคชันมากมาย

อย่างไรก็ตาม JPEG 2000 ได้พบช่องทางในบางสาขาที่คุณสมบัติขั้นสูงมีประโยชน์เป็นพิเศษ ตัวอย่างเช่น ใช้ในโรงภาพยนตร์ดิจิทัลสำหรับการจัดจำหน่ายภาพยนตร์ ซึ่งการแสดงภาพคุณภาพสูงและการรองรับอัตราส่วนภาพและอัตราเฟรมที่แตกต่างกันมีความสำคัญ นอกจากนี้ยังใช้ในระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์ (GIS) และการสำรวจระยะไกล ซึ่งความสามารถในการจัดการภาพขนาดใหญ่มากและการรองรับการเข้ารหัส ROI มีค่า

สำหรับนักพัฒนาซอฟต์แวร์และวิศวกรที่ทำงานกับ JPEG 2000 มีไลบรารีและเครื่องมือต่างๆ ที่ให้การสนับสนุนสำหรับการเข้ารหัสและถอดรหัสไฟล์ JP2 หนึ่งในที่รู้จักกันดีที่สุดคือไลบรารี OpenJPEG ซึ่งเป็นตัวแปลงสัญญาณ JPEG 2000 แบบโอเพนซอร์ซที่เขียนด้วย C แพ็กเกจซอฟต์แวร์เชิงพาณิชย์อื่นๆ ยังให้การสนับสนุน JPEG 2000 โดยมักมีประสิทธิภาพที่ได้รับการปรับให้เหมาะสมและคุณสมบัติเพิ่มเติม

โดยสรุป รูปแบบภาพ JPEG 2000 มีคุณสมบัติและการปรับปรุงมากมายเหนือกว่ามาตรฐาน JPEG เดิม รวมถึงประสิทธิภาพการบีบอัดที่เหนือกว่า การรองรับการบีบอัดแบบไม่สูญเสียและแบบสูญเสีย การถอดรหัสแบบก้าวหน้า และความทนทานต่อข้อผิดพลาดขั้นสูง แม้ว่าจะไม่ได้แทนที่ JPEG ในแอปพลิเคชันกระแสหลักส่วนใหญ่ แต่ก็ทำหน้าที่เป็นเครื่องมือที่มีค่าในอุตสาหกรรมที่ต้องการการจัดเก็บและการส่งภาพคุณภาพสูง เมื่อเทคโนโลยียังคงก้าวหน้าและความต้องการโซลูชันการถ่ายภาพที่ซับซ้อนมากขึ้น JPEG 2000 อาจได้รับการยอมรับมากขึ้นในตลาดใหม่และตลาดที่มีอยู่