Czym jest plik JP2?
JPEG 2000 (JP2) to system kodowania obrazu i najnowocześniejszy standard kompresji obrazu. Wykorzystuje technologię falkową do kodowania bezstratnej treści w dowolnej jakości jednocześnie. Co więcej, bez znacznego uszczerbku na wydajności kodowania, JPEG 2000 ma możliwość skutecznego dostępu i dekodowania tej samej treści do wielu innych rozdzielczości i jakości. Strumienie kodu w formacie JPEG 2000 są w znacznym stopniu skalowalne i zawierają obszary zainteresowania, które zapewniają przestrzenny swobodny dostęp.
JPEG 2000 wyróżnia się jako jeden z najbardziej skalowalnych standardów. Różne części obrazu mogą być przechowywane przy użyciu różnych jakości. Godną uwagi eskalację wydajności można osiągnąć, porządkując strumień kodu na różne sposoby. Niemniej jednak JP2 wymaga złożonych i wymagających obliczeniowo koderów/dekoderów, co wynika z tej elastyczności. W porównaniu z JPEG, JPEG 2000 wytwarza tylko artefakty dzwonienia, które tworzą pierścienie w pobliżu krawędzi obrazu i mogą być rozmyte, podczas gdy JPEG wykorzystuje bloki artefaktów wizualnych 8 × 8, które mogą być zarówno artefaktami dzwonienia, jak i blokowania. Posiadający do 16384 różnych komponentów o wymiarach w terapikselach i precyzji, która może sięgać nawet 38 bitów/próbkę.
Historia
W 2000 roku komitet Joint Photographic Experts Group zaprojektował JP2 w celu ulepszenia własnego standardu JPEG opartego na dyskretnej transformacji kosinusowej za pomocą tej nowej metody opartej na falkach. Komitet JPEG miał na celu udostępnienie swoich podstawowych metod bez opłat licencyjnych. W konkurencji o licencję JP2 wśród 20 firm wygrały one o włos. JPEG 2000 został ogłoszony standardem ISO, chociaż większość przeglądarek internetowych nie jest gotowa na przyjęcie JPEG 2000 od 2017 roku.
Części systemu kodowania obrazu JPEG 2000
Poniżej przedstawiono główne części, które składają się na pełny zestaw standardów dla JPEG 2000.
| Część | Tytuł | Opis | Numer |
|---|---|---|---|
| Część 1 | Podstawowy system kodowania | Definiuje składnię strumienia kodu. Różne etapy dekodowania obrazów JPEG 2000. Wyjaśnia podstawowy format pliku JP2, metadane i prawa własności intelektualnej, które należy podać. | ISO/IEC 15444-1 |
| Część 2 | Rozszerzenia | Definiuje rozszerzenia strumienia kodu formatu plików i umożliwia demonstracje próbek HDR, specyfikację przestrzeni kolorów, kadrowanie, transformacje geometryczne; różnorodne animacje, metadane i wiele strumieni kodu. | ISO/IEC 15444-2 |
| Część 3 | Motion JPEG 2000 (MJ2 lub MJP2) | Wprowadzenie formatu pliku dla sekwencji ruchu, kodowanie obrazów w niezależnym strumieniu kodu. | ISO/IEC 15444-3 |
| Część 4 | Zgodność | Określa techniki testowania kodowania i dekodowania oraz sprawdza pliki zarówno pod kątem strumieni kodu nagiego, jak i plików JP2. | ISO/IEC 15444-4 |
| Część 5 | Oprogramowanie referencyjne | Składa się z dwóch pakietów kodu źródłowego (Java, C), które implementują system kodowania Core i są dostępne na licencji open source. | ISO/IEC 15444-5 |
| Część 6 | Złożony format pliku obrazu | Definiuje format pliku JPM i umożliwia obrazowanie wielostronicowych dokumentów w aplikacjach podobnych do faksów. Obsługuje użycie JBIG2 i JPEG. | ISO/IEC 15444-6 |
| Część 8 | JPEG 2000 Secured (JPSEC) | Zapewnia bezpieczeństwo transakcji, treści i technologii oraz umożliwia zabezpieczone strumienie bitów JPEG 2000. | ISO/IEC 15444-8 |
| Część 9 | JPIP | Definiuje narzędzia w środowisku sieciowym umożliwiające dostęp do metadanych i obrazów oraz określa interaktywne i wydajne protokoły | ISO/IEC 15444-9 |
| Część 10 | JP3D | Rozszerzenie objętościowe Części 1 i wprowadzenie wymiaru Z. Rozszerza koncepcję kafelków, bloków kodu, dzielnic i trójwymiarowych funkcji ułatwień dostępu w obszarach zainteresowania. | ISO/IEC 15444-10 |
| Część 11 | JPWL | Dotyczy dobrze zorganizowanej transmisji w podatnej na błędy sieci bezprzewodowej. To rozszerzenie jest kompatybilne z dekoderami | ISO/IEC 15444-11 |
| Część 13 | Enkoder poziomu podstawowego | Definiuje implementację kodera poziomu podstawowego systemu kodowania Core. | ISO/IEC 15444-13 |
| Część 14 | JPXML | Reprezentacja w formacie XML i wyjaśnia segmenty znaczników oraz metody dostępu do wewnętrznych danych obrazów. | ISO/IEC 15444-14 |
| Część 15 | HTJ2K (w fazie rozwoju) | Określa alternatywny algorytm kodowania blokowego. Algorytm oferuje dziesięciokrotnie większą przepustowość i bezstratne kodowanie/dekodowanie. |
Format pliku JP2
JPEG 2000 definiuje format pliku oraz strumień kodu w taki sam sposób jak JPEG-1. Chociaż próbki obrazu są opisane wyłącznie przez JPEG 2000, to jednak JPEG-1 zawiera inne dodatkowe informacje o przestrzeni kolorów i rozdzielczości niezbędne do zakodowania obrazu. Jeśli obraz jest zapisany jako plik JPEG 2000, jako rozszerzenie używany jest .jp2. Ten format pliku jest dodatkowo ulepszany przez rozszerzenie JPEG 2000 part-2, które definiuje mechanizmy animacji i konfigurację wielu strumieni kodu w jednym obrazie. Rozszerzenie .jpx jest używane, gdy obrazy są zapisywane przy użyciu tego rozszerzonego formatu pliku. Ponieważ dane strumienia kodu nie są uważane za zapisywane przede wszystkim w plikach, dlatego do tego celu nie zdefiniowano żadnego standardowego rozszerzenia. Chociaż do celów testowych często otrzymuje rozszerzenie .jpc lub .j2k. W przeciwieństwie do JPEG-1, JPEG 2000 wybiera inny sposób kodowania metadanych w formacie XML. Standard 12234-1.4 (opracowany przez komitet ISO TC42) jest używany jako odniesienie między znacznikami Exif a komponentami XML. JPEG 2000 może zawierać standard ISO, w tym XMP.
Kawałki
Pliki JPEG 2000 składają się z następujących po sobie fragmentów. Każdy fragment ma 8-bajtowy nagłówek: 4-bajtowy rozmiar fragmentu (big-endian, najpierw wysoki bajt) oraz 4-bajtowy typ fragmentu - jeden z predefiniowanych podpisów: “jP” lub “jP2”.
Druga porcja musi być typu „ftyp” i mieć podtyp o przesunięciu 8. JPEG 2000 zdefiniowany przez podtyp, który musi być jedną z wartości: „jp2” (typ pliku *.JP2), „jp20” (plik typ *.JPA), “jpm " (typ pliku *.JPM), “jpx " (typ pliku *.JPX).
Powtarzając fragmenty, aż do wykrycia nieznanego typu, tworzymy plik obrazu/wideo JPEG 2000.
Transformacja kolorów
Początkowo wymagana jest transformacja obrazów z przestrzeni kolorów RGB na inną przestrzeń kolorów. W tym celu istnieją dwa sposoby: nieodwracalna transformacja koloru (ICT) i odwracalna transformacja koloru (RCT). Pierwsza wykorzystuje przestrzeń kolorów YC,,B,,C,,R, i musi być zaimplementowana w stałej/zmiennoprzecinkowej przestrzeni kolorów, podczas gdy później zmodyfikowana przestrzeń kolorów YUV i odwracalna natura.// //Nie ogranicza się do modelu RGB, JPEG Język 2000 wykorzystuje transformację wielu komponentów.
Dekarstwo
Po zakończeniu transformacji kolorów obraz przekształca się w prostokątne obszary zwane kafelkami, które można oddzielnie przekształcać i kodować. Rozmiar wszystkich kafelków będzie taki sam lub cały obraz można uznać za jeden kafelek. Dekoder wykorzystuje kafelkowanie i zużywa mniej pamięci lub może częściowo zakodować niektóre kafelki. Chociaż ta technika ma wadę polegającą na degradacji jakości obrazu.
Transformacja falkowa
Obraz po kafelkowaniu jest przekształcany falkowo, który może być nieodwracalny lub odwracalny i realizowany za pomocą schematu splotu lub podnoszenia.
Stopień sprężania
W zależności od fizycznych właściwości obrazu uzyskuje się wzmocnienie kompresji na poziomie 20%. Przewidywanie nadmiarowości przestrzennej w formacie JPEG 2000 odgrywa istotną rolę w procesie kompresji, a obrazy o wysokiej rozdzielczości zwykle zyskują największą przewagę.
Aplikacje obsługiwane przez standard
- Nagrywanie, edycja i przechowywanie filmów HD opartych na klatkach
- Obrazowanie medyczne i dane biometryczne
- zdjęcia satelitarne, teledetekcja i detekcja ruchu
- Komunikacja klient/serwer, dystrybucja sieciowa i przechowywanie.
- Kino cyfrowe, przekaz na żywo HDTV, cyfrowe materiały audiowizualne
