J2K ตัวลบพื้นหลัง

JPEG 2000 หรือที่เรียกกันทั่วไปว่า J2K เป็นมาตรฐานการบีบอัดภาพและระบบการเข้ารหัสที่สร้างขึ้นโดยคณะกรรมการ Joint Photographic Experts Group ในปี 2000 โดยมีจุดประสงค์เพื่อแทนที่มาตรฐาน JPEG เดิม มาตรฐานนี้ได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อแก้ไขข้อจำกัดบางประการของมาตรฐาน JPEG เดิมและเพื่อให้ชุดคุณสมบัติใหม่ที่เพิ่มมากขึ้นสำหรับแอปพลิเคชันต่างๆ JPEG 2000 ไม่ใช่เพียงมาตรฐานเดียว แต่เป็นชุดมาตรฐานที่ครอบคลุมภายใต้ตระกูล JPEG 2000 (ISO/IEC 15444)

ข้อได้เปรียบหลักประการหนึ่งของ JPEG 2000 เหนือรูปแบบ JPEG เดิมคือการใช้การแปลงเวฟเล็ตแทนการแปลงโคไซน์แบบไม่ต่อเนื่อง (DCT) การแปลงเวฟเล็ตช่วยให้มีอัตราการบีบอัดที่สูงขึ้นโดยไม่มีสิ่งประดิษฐ์ที่มองเห็นได้ในระดับเดียวกับที่อาจปรากฏในภาพ JPEG ซึ่งเป็นประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับแอปพลิเคชันภาพความละเอียดสูงและคุณภาพสูง เช่น ภาพจากดาวเทียม การถ่ายภาพทางการแพทย์ ภาพยนตร์ดิจิทัล และการจัดเก็บถาวร ซึ่งคุณภาพของภาพมีความสำคัญสูงสุด

JPEG 2000 รองรับการบีบอัดแบบไม่สูญเสียและแบบสูญเสียภายในสถาปัตยกรรมการบีบอัดเดียว การบีบอัดแบบไม่สูญเสียทำได้โดยใช้การแปลงเวฟเล็ตแบบกลับได้ ซึ่งรับรองว่าข้อมูลภาพต้นฉบับสามารถสร้างขึ้นใหม่ได้อย่างสมบูรณ์แบบจากภาพที่บีบอัด ในทางกลับกัน การบีบอัดแบบสูญเสียใช้การแปลงเวฟเล็ตแบบไม่สามารถย้อนกลับได้เพื่อให้ได้อัตราการบีบอัดที่สูงขึ้นโดยการละทิ้งข้อมูลบางส่วนที่ไม่สำคัญในภาพ

อีกหนึ่งคุณสมบัติที่สำคัญของ JPEG 2000 คือการรองรับการส่งภาพแบบก้าวหน้า ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าการถอดรหัสแบบก้าวหน้า ซึ่งหมายความว่าสามารถถอดรหัสและแสดงภาพที่ความละเอียดต่ำกว่าได้ และค่อยๆ เพิ่มเป็นความละเอียดเต็มรูปแบบเมื่อมีข้อมูลมากขึ้น ซึ่งเป็นประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับแอปพลิเคชันที่มีแบนด์วิดท์จำกัด เช่น การท่องเว็บหรือแอปพลิเคชันบนมือถือ ซึ่งเป็นประโยชน์ในการแสดงภาพเวอร์ชันคุณภาพต่ำได้อย่างรวดเร็วและปรับปรุงคุณภาพเมื่อได้รับข้อมูลเพิ่มเติม

JPEG 2000 ยังนำเสนอแนวคิดเรื่องพื้นที่ที่สนใจ (ROI) ซึ่งช่วยให้สามารถบีบอัดส่วนต่างๆ ของภาพด้วยระดับคุณภาพที่แตกต่างกันได้ ตัวอย่างเช่น ในสถานการณ์การถ่ายภาพทางการแพทย์ พื้นที่ที่มีคุณสมบัติในการวินิจฉัยอาจถูกบีบอัดแบบไม่สูญเสียหรือมีคุณภาพสูงกว่าพื้นที่โดยรอบ การควบคุมคุณภาพแบบเลือกนี้มีความสำคัญอย่างมากในสาขาที่ส่วนใดส่วนหนึ่งของภาพมีความสำคัญมากกว่าส่วนอื่นๆ

รูปแบบไฟล์สำหรับภาพ JPEG 2000 คือ JP2 ซึ่งเป็นรูปแบบมาตรฐานและสามารถขยายได้ ซึ่งรวมทั้งข้อมูลภาพและข้อมูลเมตา รูปแบบ JP2 ใช้ส่วนขยายไฟล์ .jp2 และสามารถมีข้อมูลได้หลากหลาย รวมถึงข้อมูลพื้นที่สี ระดับความละเอียด และข้อมูลทรัพย์สินทางปัญญา นอกจากนี้ JPEG 2000 ยังรองรับรูปแบบ JPM (สำหรับภาพประกอบ เช่น เอกสารที่มีทั้งข้อความและรูปภาพ) และรูปแบบ MJ2 สำหรับลำดับการเคลื่อนไหว ซึ่งคล้ายกับไฟล์วิดีโอ

JPEG 2000 ใช้รูปแบบการเข้ารหัสที่ซับซ้อนที่เรียกว่า EBCOT (การเข้ารหัสบล็อกแบบฝังด้วยการตัดทอนที่เหมาะสมที่สุด) EBCOT ให้ข้อได้เปรียบหลายประการ รวมถึงความยืดหยุ่นต่อข้อผิดพลาดที่ดียิ่งขึ้นและความสามารถในการปรับแต่งการบีบอัดเพื่อให้ได้สมดุลที่ต้องการระหว่างคุณภาพของภาพและขนาดไฟล์ อัลกอริทึม EBCOT แบ่งภาพออกเป็นบล็อกเล็กๆ ที่เรียกว่าบล็อกรหัส และเข้ารหัสแต่ละบล็อกแยกกัน ซึ่งช่วยให้สามารถจำกัดข้อผิดพลาดในพื้นที่ได้ในกรณีที่ข้อมูลเสียหาย และช่วยให้สามารถส่งภาพแบบก้าวหน้าได้

การจัดการพื้นที่สีใน JPEG 2000 มีความยืดหยุ่นมากกว่าในมาตรฐาน JPEG เดิม JPEG 2000 รองรับพื้นที่สีที่หลากหลาย รวมถึงสีเทา RGB YCbCr และอื่นๆ รวมถึงความลึกของบิตต่างๆ ตั้งแต่ภาพไบนารีสูงสุด 16 บิตต่อส่วนประกอบหรือสูงกว่า ความยืดหยุ่นนี้ทำให้ JPEG 2000 เหมาะสำหรับแอปพลิเคชันที่หลากหลายและรับรองว่าสามารถจัดการกับความต้องการของเทคโนโลยีการถ่ายภาพที่แตกต่างกันได้

JPEG 2000 ยังมีคุณสมบัติด้านความปลอดภัยที่แข็งแกร่ง เช่น ความสามารถในการรวมการเข้ารหัสและการฝังลายน้ำดิจิทัลไว้ในไฟล์ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับแอปพลิเคชันที่การปกป้องลิขสิทธิ์หรือการรับรองเนื้อหาเป็นสิ่งที่น่ากังวล ส่วน JPSEC (JPEG 2000 Security) ของมาตรฐานระบุคุณสมบัติด้านความปลอดภัยเหล่านี้ โดยให้กรอบการทำงานสำหรับการแจกจ่ายภาพที่ปลอดภัย

หนึ่งในความท้าทายของ JPEG 2000 คือการใช้คอมพิวเตอร์มากขึ้นกว่ามาตรฐาน JPEG เดิม ความซับซ้อนของการแปลงเวฟเล็ตและรูปแบบการเข้ารหัส EBCOT หมายความว่าการเข้ารหัสและถอดรหัสภาพ JPEG 2000 ต้องใช้พลังในการประมวลผลมากขึ้น ซึ่งในอดีตได้จำกัดการนำไปใช้ในเครื่องใช้ไฟฟ้าสำหรับผู้บริโภคและแอปพลิเคชันบนเว็บ ซึ่งค่าใช้จ่ายในการประมวลผลอาจเป็นปัจจัยสำคัญ อย่างไรก็ตาม เมื่อพลังในการประมวลผลเพิ่มขึ้นและการรองรับฮาร์ดแวร์เฉพาะทางกลายเป็นเรื่องปกติมากขึ้น ข้อจำกัดนี้ก็กลายเป็นปัญหาน้อยลง

แม้จะมีข้อได้เปรียบ แต่ JPEG 2000 ก็ยังไม่ได้รับการนำไปใช้อย่างแพร่หลายเมื่อเทียบกับรูปแบบ JPEG เดิม ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งเนื่องจากความแพร่หลายของรูปแบบ JPEG และระบบนิเวศที่กว้างใหญ่ของซอฟต์แวร์และฮาร์ดแวร์ที่รองรับ นอกจากนี้ ปัญหาเรื่องการออกใบอนุญาตและสิทธิบัตรที่เกี่ยวข้องกับ JPEG 2000 ยังขัดขวางการนำไปใช้ เทคโนโลยีบางอย่างที่ใช้ใน JPEG 2000 ได้รับการจดสิทธิบัตร และความจำเป็นในการจัดการใบอนุญาตสำหรับสิทธิบัตรเหล่านี้ทำให้ไม่น่าสนใจสำหรับนักพัฒนาและธุรกิจบางราย

ในแง่ของขนาดไฟล์ ไฟล์ JPEG 2000 มักมีขนาดเล็กกว่าไฟล์ JPEG ที่มีคุณภาพเท่ากัน ซึ่งเป็นผลมาจากอัลกอริทึมการบีบอัดที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นที่ใช้ใน JPEG 2000 ซึ่งสามารถลดความซ้ำซ้อนและความไม่เกี่ยวข้องในข้อมูลภาพได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น อย่างไรก็ตาม ความแตกต่างของขนาดไฟล์อาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับเนื้อหาของภาพและการตั้งค่าที่ใช้สำหรับการบีบอัด สำหรับภาพที่มีรายละเอียดปลีกย่อยจำนวนมากหรือระดับสัญญาณรบกวนสูง การบีบอัดที่เหนือกว่าของ JPEG 2000 อาจส่งผลให้ได้ไฟล์ที่มีขนาดเล็กกว่าอย่างมาก

JPEG 2000 ยังรองรับการปูกระเบื้อง ซึ่งแบ่งภาพออกเป็นกระเบื้องที่เข้ารหัสแยกกันและมีขนาดเล็กกว่า ซึ่งอาจเป็นประโยชน์สำหรับภาพขนาดใหญ่มาก เช่น ภาพที่ใช้ในการถ่ายภาพจากดาวเทียมหรือแอปพลิเคชันการทำแผนที่ เนื่องจากช่วยให้สามารถเข้ารหัส ถอดรหัส และจัดการภาพได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ผู้ใช้สามารถเข้าถึงและถอดรหัสกระเบื้องแต่ละรายการได้โดยไม่ต้องประมวลผลภาพทั้งหมด ซึ่งสามารถประหยัดหน่วยความจำและความต้องการในการประมวลผล

การทำให้เป็นมาตรฐานของ JPEG 2000 ยังรวมถึงบทบัญญัติสำหรับการจัดการข้อมูลเมตา ซึ่งเป็น