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JPEG 2000（JP2）是一种图像压缩标准和编码系统，由联合图像专家组（JPEG）委员会于 2000 年创建，旨在取代原始 JPEG 标准。JPEG 2000 也以文件名扩展名 .jp2 而闻名。它是从头开发的，旨在解决原始 JPEG 格式的一些局限性，同时提供卓越的图像质量和灵活性。值得注意的是，JPC 通常用作 JPEG 2000 代码流的术语，它是表示压缩图像数据的实际字节流，通常在 JP2 文件或其他容器格式（如用于运动 JPEG 2000 序列的 MJ2）中找到。

JPEG 2000 利用基于小波的压缩，而不是原始 JPEG 格式中使用的离散余弦变换 (DCT)。小波压缩提供了几个优点，包括更好的压缩效率，特别是对于更高分辨率的图像，以及在更高的压缩比下提高的图像质量。这是因为小波不会受到 DCT 在图像高度压缩时可能引入的“块状”伪影的影响。相反，小波压缩会导致图像质量更自然地降低，这通常对人眼来说不太明显。

JPEG 2000 的一个关键特性是在同一文件格式中支持无损和有损压缩。这意味着用户可以选择在不损失任何质量的情况下压缩图像，或者他们可以选择有损压缩以获得更小的文件大小。JPEG 2000 的无损模式对于图像完整性至关重要的应用程序特别有用，例如医学成像、数字档案和专业摄影。

JPEG 2000 的另一个重要特性是它支持渐进解码。这允许在接收到数据时逐步解码和显示图像，这对于 Web 应用程序或带宽受限的情况非常有用。通过渐进解码，可以首先显示整个图像的低质量版本，然后随着更多数据的可用性，通过连续的细化来提高图像质量。这与通常从上到下加载图像的原始 JPEG 格式形成对比。

JPEG 2000 还提供了一系列附加功能，包括感兴趣区域 (ROI) 编码，它允许图像的不同部分以不同的质量级别进行压缩。当图像的某些区域比其他区域更重要并且需要以更高的保真度保留时，这特别有用。例如，在卫星图像中，感兴趣的区域可能会无损压缩，而周围区域则有损压缩以节省空间。

JPEG 2000 标准还支持广泛的色彩空间，包括灰度、RGB、YCbCr 等，以及在无损和有损模式下从 1 位（二进制）到每个分量 16 位的色彩深度。这种灵活性使其适用于各种成像应用程序，从简单的 Web 图形到需要高动态范围和精确色彩表示的复杂医学成像。

在文件结构方面，JPEG 2000 文件由一系列盒子组成，其中包含有关文件不同信息的部分。主盒子是 JP2 头部盒子，其中包括文件类型、图像大小、位深度和色彩空间等属性。在头部之后，还有其他盒子，可以包含元数据、颜色配置文件信息和实际压缩的图像数据（码流）。

码流本身由一系列标记和段组成，这些标记和段定义了图像数据如何压缩以及如何解码。码流以 SOC（码流开始）标记开头，以 EOC（码流结束）标记结尾。在这些标记之间，有几个重要的段，包括定义图像和图块尺寸的 SIZ（图像和图块大小）段，以及指定用于压缩的小波变换和量化参数的 COD（编码样式默认）段。

JPEG 2000 的抗错能力是使其有别于其前身的一大特点。码流可以包括错误校正信息，允许解码器检测和纠正传输过程中可能发生的错误。这使得 JPEG 2000 成为通过噪声信道传输图像或以最大程度降低数据损坏风险的方式存储图像的理想选择。

尽管有许多优点，但与原始 JPEG 格式相比，JPEG 2000 并未得到广泛采用。这部分归因于基于小波的压缩和解压缩的计算复杂度更高，这可能需要更多的处理能力，并且可能比基于 DCT 的方法更慢。此外，原始 JPEG 格式已深深植根于成像行业，并在软件和硬件中得到广泛支持，使其成为许多应用程序的默认选择。

然而，JPEG 2000 在某些领域找到了利基市场，其高级功能在这些领域特别有益。例如，它用于数字电影中以分发电影，其高质量的图像表示以及对不同宽高比和帧速率的支持非常重要。它还用于地理信息系统 (GIS) 和遥感，其处理非常大图像和支持 ROI 编码的能力非常有价值。

对于使用 JPEG 2000 的软件开发人员和工程师，有几个库和工具可用于支持 JP2 文件的编码和解码。最著名的是 OpenJPEG 库，这是一个用 C 编写的开源 JPEG 2000 编解码器。其他商业软件包也提供 JPEG 2000 支持，通常具有优化的性能和附加功能。

总之，JPEG 2000 图像格式提供了一系列功能和改进，超越了原始 JPEG 标准，包括卓越的压缩效率、对无损和有损压缩的支持、渐进解码和先进的抗错能力。虽然它尚未在大多数主流应用程序中取代 JPEG，但它作为一种有价值的工具服务于需要高质量图像存储和传输的行业。随着技术不断进步，对更复杂成像解决方案的需求不断增长，JPEG 2000 可能会在新兴市场和现有市场中得到更广泛的采用。