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JPEG 2000，通常稱為 J2K，是影像壓縮標準和編碼系統，由聯合影像專家小組委員會於 2000 年創建，目的是取代原始 JPEG 標準。它的開發旨在解決原始 JPEG 標準的一些限制，並提供一組新的功能，這些功能越來越受到各種應用程式的需求。JPEG 2000 不僅是一個單一標準，而是一套標準，涵蓋在 JPEG 2000 系列（ISO/IEC 15444）中。

JPEG 2000 相較於原始 JPEG 格式的主要優點之一，是它使用小波轉換，而不是離散餘弦轉換 (DCT)。小波轉換允許更高的壓縮比，而不會產生 JPEG 影像中可能存在的相同程度的可見偽影。這對於高解析度和高品質的影像應用程式特別有益，例如衛星影像、醫學影像、數位電影和檔案儲存，其中影像品質至關重要。

JPEG 2000 在單一壓縮架構中支援無損和有損壓縮。無損壓縮是透過使用可逆小波轉換來實現，這可確保原始影像資料可以從壓縮影像中完美重建。另一方面，有損壓縮使用不可逆小波轉換，透過捨棄影像中一些較不重要的資訊來實現更高的壓縮比。

JPEG 2000 的另一個重要功能是它支援漸進式影像傳輸，也稱為漸進式解碼。這表示影像可以在較低解析度下解碼和顯示，並隨著更多資料可用而逐漸增加到完整解析度。這對於頻寬受限的應用程式特別有用，例如網路瀏覽或行動應用程式，其中快速顯示較低品質版本的影像並隨著接收更多資料而提升品質是有益的。

JPEG 2000 也引入了感興趣區域 (ROI) 的概念。這允許影像的不同部分以不同的品質等級進行壓縮。例如，在醫學影像場景中，包含診斷特徵的區域可以無損壓縮或以高於周圍區域的品質進行壓縮。這種選擇性品質控制在某些部分影像比其他部分更重要的領域中非常重要。

JPEG 2000 影像的檔案格式為 JP2，這是一種標準化且可擴充的格式，包含影像資料和元資料。JP2 格式使用 .jp2 檔案副檔名，並且可以包含廣泛的資訊，包括色彩空間資訊、解析度等級和智慧財產資訊。此外，JPEG 2000 支援 JPM 格式（用於複合影像，例如同時包含文字和圖片的文件）和 MJ2 格式，用於動態序列，類似於影片檔案。

JPEG 2000 採用稱為 EBCOT（最佳截斷嵌入式區塊編碼）的複雜編碼方案。EBCOT 提供了多項優點，包括改善的錯誤復原能力，以及微調壓縮以在影像品質和檔案大小之間取得所需平衡的能力。EBCOT 演算法將影像分割成稱為區塊編碼的小區塊，並獨立編碼每個區塊。這允許在資料損毀時進行局部錯誤控制，並促進影像的漸進式傳輸。

JPEG 2000 中的色彩空間處理比原始 JPEG 標準更靈活。JPEG 2000 支援廣泛的色彩空間，包括灰階、RGB、YCbCr 等，以及各種位元深度，從二進位影像到每個組成部分 16 位元或更高。這種靈活性使 JPEG 2000 適用於各種應用程式，並確保它可以處理不同影像技術的需求。

JPEG 2000 還包括強大的安全功能，例如在檔案中包含加密和數位浮水印的能力。這對於版權保護或內容驗證令人擔憂的應用程式特別重要。標準的 JPSEC（JPEG 2000 安全）部分概述了這些安全功能，提供了一個安全影像分發的架構。

JPEG 2000 的挑戰之一是它在運算上比原始 JPEG 標準更密集。小波轉換和 EBCOT 編碼方案的複雜性意味著編碼和解碼 JPEG 2000 影像需要更多的處理能力。這在歷史上限制了它在消費性電子產品和網路應用程式中的採用，其中運算負擔可能是一個重要因素。然而，隨著處理能力的提升和專用硬體支援變得越來越普遍，這個限制已不再是一個問題。

儘管有其優點，但與原始 JPEG 格式相比，JPEG 2000 尚未廣泛採用。這部分是因為 JPEG 格式的普遍性，以及支援它的龐大軟體和硬體生態系統。此外，圍繞 JPEG 2000 的授權和專利問題也阻礙了它的採用。JPEG 2000 中使用的一些技術已獲得專利，而管理這些專利的授權需求使它對一些開發人員和企業來說不太有吸引力。

在檔案大小方面，JPEG 2000 檔案通常比品質相當的 JPEG 檔案小。這是因為 JPEG 2000 中使用的壓縮演算法更有效率，可以更有效地減少影像資料中的冗餘和不相關性。然而，檔案大小的差異會根據影像的內容和用於壓縮的設定而有所不同。對於具有大量精細細節或高雜訊等級的影像，JPEG 2000 的優異壓縮可能會產生明顯更小的檔案。

JPEG 2000 也支援平鋪，它將影像分割成較小的、獨立編碼的平鋪。這對於非常大的影像很有用，例如用於衛星影像或製圖應用程式的影像，因為它允許更有效率地編碼、解碼和處理影像。使用者可以存取和解碼個別平鋪，而不需要處理整個影像，這可以節省記憶體和處理需求。

JPEG 2000 的標準化還包括元資料處理的規定，這是檔案和檢索系統的重要面向。JPX 格式是 JP2 的延伸，允許包含廣泛的元資料，包括 XML 和 UUID 方塊，這些方塊可以儲存任何類型的元資料資訊。這使 JPEG 2000 成為元資料保存很重要的應用程式的良好選擇，例如數位圖書館和博物館。

總之，JPEG 2000 是一個複雜的影像壓縮標準，與原始 JPEG 格式相比，它提供了許多優點，包括更高的壓縮比、漸進式解碼、感興趣區域和強大的安全功能。它在色彩空間和位元深度方面的靈活性，以及對元資料的支援，使其適用於廣泛的專業應用程式。然而，它的運算複雜性和最初的專利問題限制了它的廣泛採用。儘管如此，JPEG 2000 仍然是影像品質和功能組比運算效率或廣泛相容性更重要的產業中的首選格式。