JPEG 2000

JPEG 2000 (nebo jp2 ) je grafický formát využívající technologii vlnkové transformace namísto diskrétní kosinové transformace používané ve formátu JPEG , založenou na reprezentaci signálu jako superpozice základních funkcí – vlnových paketů.

V důsledku takové komprese je obraz hladší a čistší a velikost souboru je menší ve srovnání s JPEG se stejnou kvalitou. JPEG 2000 je zcela oproštěn od hlavní nevýhody svého předchůdce: díky použití waveletů neobsahují obrázky uložené v tomto formátu při vysokých kompresních poměrech artefakty ve formě „mřížky“ bloků 8x8 pixelů. Formát JPEG 2000, stejně jako JPEG, podporuje takzvanou „progresivní kompresi“, která vám umožní vidět nejprve rozmazaný obrázek a poté při načítání stále jasnější.

Od roku 2018 nebyla široce přijata. To je způsobeno mnoha důvody, které svého času ovlivnily přijetí normy. Patří mezi ně složitost implementace a požadavky na paměť [3] .

Výhody

Hlavní výhody JPEG 2000 oproti JPEG:

• Větší komprese dosažená použitím diskrétní vlnkové transformace a složitějšího entropického kódování.

• Škálovatelnost dílčího obrazu: JPEG 2000 bez problémů komprimuje různé složky obrazu, přičemž každá složka ukládá 1 až 16 bitů na vzorek . Díky blokování můžete ukládat obrázky různých rozlišení v jednom streamu kódu.

• Codestream Random Access, někdy také označovaný jako ROI Access také několik stupňů dělení (ROI)

• Flexibilní formát souborů: Formáty souborů JP2 a JPX ukládají informace o barevném prostoru, metadata a informace pro konzistentní přístup napříč síťovými aplikacemi, které komunikují pomocí protokolu JPEG Part 9 JPIP.

Další výhody JPEG 2000 jsou uvedeny na oficiální stránce.

Související normy

Existuje několik dodatků ke standardu JPEG 2000, z nichž některé ještě nebyly implementovány, včetně:

• ISO/IEC 15444-2 :2000 – další funkce, jako je kvantování mřížky, rozšířený formát souboru a další převody barevného prostoru ;
• ISO/IEC 15444-4 :2000 - testování spojení;
• ISO/IEC 15444-6 :2000 – formát souboru složeného obrázku, který umožňuje komprimovat text a obrázek současně;
• JPSEC - Secure Image Transmission Extension (diskutované v ISO);
• JPIP - Procházení obrázků založené na připojení (probíráno v ISO).

Aplikace JPEG 2000

Hlavní oblasti použití této normy jsou:

• digitální kino ;
• Pro uložení fotografie majitele do biometrických pasů (od 3. 8. 2013 se pro kompresi používá JasPer 1.6)
• Americká knihovna Kongresu používá JPEG 2000 jako jeden z formátů pro ukládání digitalizovaných verzí map. [čtyři]

Podobnosti s kompresorem ICER

JPEG 2000 je v mnoha ohledech podobný formátu komprese obrazu ICER , který používá NASA ke kompresi obrázků při vesmírných experimentech.

ICER je také založen na vlnkách a poskytuje:

• progresivní kódování,
• bezeztrátová komprese (na rozdíl od JPEG 2000 používá ICER v tomto režimu modifikovaný kompresor LOCO -I ( Low Complexity Lossless Compression of Images ), 
• ztrátová komprese ,
• oprava chyb , aby se omezil účinek ztráty dat v komunikačním kanálu.

ICER obecně poskytuje kompresi srovnatelnou s JPEG 2000.

Funkce ICER, podobná JPEG 2000, spočívá v tom, že oba kompresory:

• poskytují rozdělení obrazu do bloků pro zvýšení účinnosti komprese, což umožňuje efektivnější využití komunikačního kanálu, RAM a procesorového času;
• umožňují měnit stupeň komprese v závislosti na velikosti obrázku (v bajtech );
• umožňují měnit kompresní poměr v závislosti na kvalitě (ačkoli ICER mění kompresní poměr s 1% chybou ).

Rozdíly mezi ICER a JPEG 2000:

• JPEG 2000 používá aritmetiku s plovoucí desetinnou čárkou , ICER pouze celočíselnou aritmetiku;
• ICER používá upravený kompresor LOCO pro bezeztrátovou kompresi;
• JPEG 2000 používá několik různých modelů bezztrátové komprese přepnutím waveletového kompresoru do režimu bezztrátové komprese;
• ICER a JPEG 2000 používají různé barevné prostory ;
• ICER ve své současné podobě komprimuje monochromatické obrázky lépe než barevné obrázky. .

Právní spory

JPEG 2000 neobsahuje proprietární kompresní algoritmy, ale výbor JPEG souhlasil, že je lze použít zdarma jako součást tohoto formátu: [5]

Vždy jednou z největších výhod standardů vydaných komisí JPEG bylo, že je lze implementovat v základní konfiguraci bez jakýchkoli licenčních poplatků. Nový standard JPEG 2000 byl připraven s ohledem na tuto možnost, došlo k dohodě mezi 20 velkými organizacemi - držiteli většiny patentů v oblasti komprese, která umožnila využít jejich duševní vlastnictví v rámci implementace standardu bez licenční poplatky.

Vágní a skryté patenty mohou být samozřejmě stále nebezpečné. JPEG 2000 je však třeba považovat za bezpečnější formát než například MP3, u kterého byla taková práce prováděna na mnohem nižší úrovni.

Kompresní artefakty

Artefakty, ke kterým dochází při komprimaci pomocí algoritmu JPEG 2000 s vysokým stupněm komprese (ztrát), se kvalitativně jen málo liší od artefaktů, ke kterým dochází při komprimaci pomocí JPEG kompresoru – v místech, kde měl původní obrázek hladké přechody barev, se stanou ještě hladšími ( rozmazané); ve stejných místech, kde byly ostré přechody jasu nebo barvy (oblasti obrazu s vysokým kontrastem), se objevuje charakteristický artefakt v podobě jasné kontury rámující hranici přechodu, mírně (o několik pixelů) ustupující z tmavší části přechodu. Rozdíly v artefaktech – žádná mřížka 8 x 8 pixelů; barvy malých detailů, které se výrazně liší barvou od pozadí, nejsou zkreslené; Artefakty charakteristické pro JPEG 2000 jsou patrné při vyšších kompresních poměrech než v případě JPEG.

Srovnání s PNG

Formát JPEG 2000 sice podporuje bezeztrátovou kompresi, ale nemá zcela nahradit formát PNG, který je dnes jedním z nejčastěji používaných formátů k tomuto účelu.

Formát PNG (Portable Network Graphics) podporuje některé funkce, jako je průhlednost, které formát JPEG 2000 nepodporuje. Z hlediska bezztrátové komprese má PNG relativně lepší softwarovou podporu a funkčnost, takže je vhodnější pro ukládání bezztrátových obrázků původní kvalita.

Nesprávné srovnání PNG a JPEG 2000 velmi často vede k záměně a nepochopení skutečného účelu formátů. JPEG 2000 byl původně navržen jako velmi flexibilní platforma nahrazující JPEG a částečně TIFF se schopností ušetřit 16bit, se ztrátovou i bezztrátovou kompresí.

PNG byl vyvinut jako náhrada za GIF pro práci s grafikou.

Viz také

• WebP
• jpeg xr
• JPEG
• JPEG-LS
• Motion JPEG 2000

Poznámky

1. ↑ http://www.iana.org/assignments/media-types/image/jp2
2. ↑ http://www.iana.org/assignments/media-types/image/jpm
3. ↑ Proč JPEG 2000 nikdy nevznikl - Blog ANSI . Staženo 15. prosince 2018. Archivováno z originálu 16. prosince 2018. (neurčitý)
4. ↑ How to View (American Memory from the Library of Congress)  ( 2014). Získáno 3. února 2014. Archivováno z originálu dne 26. ledna 2014.
5. ↑ Vítejte v JPEG archivovaném 14. července 2007. .

Literatura

• Jin Li. Komprese obrazu: Matematika JPEG 2000  //  Moderní zpracování signálu. - MSRI Publications, 2003. - Vol. 46 . - S. 185-221 .
• Taubman, David S. a Marcellin, Michael W. JPEG 2000: Základy komprese obrazu, standardy a praxe. - Kluwer Academic Publishers, 2001. - 776 s. — ISBN 079237519X .

Odkazy

• Oficiální stránky  (anglicky)
• Porovnání devíti kodeků JPEG 2000 z hlediska výsledné kvality
• Vše, co jste vždy chtěli vědět o JPEG 2000  intoPIX , 2008
• Benchmarky a měření výkonu JPEG2000 na GPU (anglicky) 2018
• Knihovna OpenJPEG je projekt s otevřeným zdrojovým kódem pro kodek JPEG 2000.