JPEG 2000

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Перейти к: навигация, поиск

JPEG 2000 (или jp2) — графический формат, который вместо дискретного косинусного преобразования, характерного для JPEG, использует технологию вейвлет-преобразования, основывающуюся на представлении сигнала в виде суперпозиции некоторых базовых функций — волновых пакетов.

В результате такой компрессии изображение получается более гладким и чётким, а размер файла по сравнению с JPEG при одинаковом качестве уменьшается ещё на 30 %.[источник не указан 36 дней] JPEG 2000 полностью свободен от главного недостатка своего предшественника: благодаря использованию вейвлетов, изображения в этом формате не содержат знаменитой «решётки» из блоков по 8 пикселей. Новый формат также, как и JPEG, поддерживает так называемое «прогрессивное сжатие», позволяющее по мере загрузки видеть сначала размытое, но затем всё более чёткое изображение.

Пока этот формат мало распространён и поддерживается не всеми современными браузерами. Среди поддерживающих jp2 — Safari и Mozilla Firefox (через Quicktime).

Содержание

[править] Преимущества

Сравнение JPEG и JPEG 2000

Основные преимущества JPEG 2000 по сравнению с JPEG:

  • Бо́льшая степень сжатия: на высоких битрейтах, где артефакты незначительны, JPEG 2000 имеет степень сжатия в среднем на 20 % больше, чем JPEG. На низких битрейтах JPEG 2000 также имеет преимущество над основными режимами JPEG. Большая степень сжатия достигается благодаря использованию дискретного вейвлет-преобразования и более сложного энтропийного кодирования.
  • Масштабируемость фрагентов изображений: JPEG 2000 обеспечивает бесшовное сжатие разных компонентов изображения, с каждым компонентом хранится от 1 до 16 бит на сэмпл. Благодаря разбиению на блоки, можно хранить изображения разных разрешений в одном кодовом потоке.
  • Прогрессивное декодирование и масштабируемость отношения сигнал/шум: JPEG 2000 обеспечивает эффективную организацию кодового потока, которая позволяет просматривать файл с меньшей разрешающей способностью или с меньшим качеством.
  • Сжатие как с потерями, так и без потерь: JPEG 2000 обеспечивает как сжатие с потерями, так и сжатие без потерь. Сжатие без потерь обеспечивается путём использования обратимого (целочисленного) вейвлет-преобразования.
  • Произвольный доступ к кодовому потоку, также иногда называемый доступом к «областям интереса» (Region of interest (англ.)): кодовый поток JPEG 2000 обеспечивает несколько механизмов для поддержки произвольного доступа, также поддерживается несколько степеней разбиения на части (области интереса).
  • Устойчивость к ошибкам: JPEG 2000 устойчив к битовым ошибкам, которые вносятся зашумленными каналами связи. Это достигается путем вставки маркеров ресинхронизации, кодирования данных в относительно небольшие независимые блоки и обеспечение механизмов для нахождения и локализации ошибок внутри каждого блока.
  • Возможность последовательной сборки: JPEG 2000 обеспечивает возможность последовательного декодирования и вывода изображения сверху вниз без необходимости буферизации всего изображения.
  • Гибкий формат файла: форматы файлов JP2 и JPX обеспечивают хранение информации о цветовых пространствах, метаданных и информации для согласованного доступа в сетевых приложениях, взаимодействующих с помощью протокола JPEG Part 9 JPIP.

Другие преимущества JPEG 2000 представлены на официальной странице.

[править] Родственные стандарты

К стандарту JPEG 2000 имеется несколько дополнений, некоторые из них ещё не реализованы. Среди них:

  • ISO/IEC 15444-2:2000 — дополнительные функциональные возможности, такие как сеточное квантование, расширенный формат файла и дополнительные преобразования цветовых пространств.
  • ISO/IEC 15444-4:2000 — тестирование ссылок.
  • ISO/IEC 15444-6:2000 — составной формат файлов изображения, позволяет сжимать одновременно текст и изображение.
  • JPSEC — расширение для безопасной передачи изображений (обсуждается в ISO).
  • JPIP — основанный на соединении просмотр изображений (обсуждается в ISO).

[править] Приложения JPEG 2000

Основные области применения этого стандарта:

  • Цифровой кинематограф
  • Мультимедийные устройства (цифровые камеры, КПК, 3G мобильные телефоны, цифровые факсы, принтеры, сканеры).
  • Клиент/серверные взаимодействия (Интернет, базы данных изображений, потоковое видео, видео-серверы).
  • Военное (HD-спутниковые изображения, обнаружение движения, распределённые сети и хранилища).
  • Медицинские изображения.
  • Хранение видео.
  • Сенсорные устройства, цифровые устройства/архивы.

[править] Сходства с компрессором ICER

JPEG 2000 во многом сходен с форматом компрессии изображений ICER, который используется NASA.

Компрессор изображений ICER был разработан для сжатия изображений на устройствах, работающих в открытом космосе.

ICER (также, как и JPEG 2000) основан на вейвлетах и обеспечивает:

  • Прогрессивную компрессию.
  • Компрессию без потерь (использующую компрессор LOCO).
  • Компрессию с потерями.
  • Коррекцию ошибок, позволяющую ограничить эффект потери данных в космическом канале.

ICER в целом обеспечивает компрессию с потерями, сравнимую с JPEG 2000.

Функциональные возможности ICER, сходные с JPEG 2000:

  • Оба обеспечивают разбиение изображения на блоки для увеличения эффективности компрессии, позволяет более эффективно использовать канал связи. Разбиение изображения на блоки уменьшает потребность в памяти и процессорном времени.
  • Оба компрессора позволяют варьировать степень компрессии в зависимости от размера изображения(в байтах).
  • Оба компрессора позволяют варьировать степень компрессии в зависимости от качества (хотя ICER варьирует степень компрессии с 1 % погрешностью).

Отличия между ICER и JPEG 2000:

  • JPEG 2000 использует арифметику с плавающей точкой, ICER использует только целочисленную арифметику.
  • ICER использует LOCO (Low Complexity Lossless Compression) компрессор для сжатия без потерь.
  • JPEG 2000 использует несколько разных моделей сжатия без потерь, с помощью переключения вейвлет-компрессора в режим сжатия без потерь.
  • ICER и JPEG 2000 используют разные цветовые пространства.
  • ICER в своей нынешней форме лучше сжимает монохромные изображения, чем цветные.

[править] Правовые споры

JPEG 2000 не является свободным от патентованных алгоритмов компрессии, но усилиями комитета JPEG достигнуто согласие, что в составе этого формата они могут использоваться бесплатно:[1]

Всегда одним из самых больших преимуществ стандартов, выпущенных комитетом JPEG, было то что они могут быть реализованы в базовой конфигурации без каких-либо лицензионных выплат. Новый стандарт JPEG 2000 был подготовлен с учетом этой возможности, согласие было достигнуто между 20 большими организациями-держателями большинства патентов в области сжатия, что позволило использовать их интеллектуальную собственность в составе реализации стандарта без лицензионных выплат.

Разумеется, неопределенные и скрытые патенты могут всё ещё представлять опасность. Тем не менее, JPEG 2000 стоит рассматривать как более защищённый от притязаний формат, чем, например, MP3 или JPEG, для которых подобная работа велась на гораздо более низком уровне.

Однако, не обращая внимания на свободность лицензирования патентов, JPEG 2000 всё равно не может соответствовать Debian Free Software Guidelines (тест на свободность программного обеспечения). Это может затруднить адаптацию JPEG 2000 к требованиям веба, так как это исключит свободные веб-браузеры (особо отметим браузеры, основанные на Gecko) и популярные веб-приложения LAMP.

[править] Артефакты, возникающие при сжатии

Сверху вниз показаны артефакты компрессии JPEG 2000. Число показывает используемую степень сжатия. Изображения удобно просматривать в исходном масштабе.

Артефакты, возникающие при сжатии компрессором JPEG 2000, отличаются от артефактов, возникающих при сжатии компрессором JPEG — присутствуют незначительные искажения на изображениях при высокой степени компрессии. Часто фотографическое изображение может быть сжато в отношении 1/20 к оригинальному размеру без появления значительных искажений. Изображение справа демонстрируют различные искажения JPEG 2000 при различных степенях сжатия (верхнее изображение — это оригинал без сжатия).

[править] Сравнение с PNG

Хотя формат JPEG 2000 поддерживает сжатие без потерь, он не предназначен для усовершенствования наилучшего формата сжатия без потерь.

Формат PNG (Portable Network Graphics) более эффективен для изображений, содержащих одноцветные области (при небольшом количестве цветов — например, < 1000), и поддерживает специальные функциональные возможности, которых нет у JPEG 2000.

Считается, что в текущей реализации стандартов применение PNG более эффективно для сжатия диаграмм, а JPEG 2000 — для сжатия фотографических изображений.

[править] Примечания

  1. ↑ http://www.jpeg.org/newsrel1.html

[править] См. также

[править] Ссылки

Источник — «http://ru.wikipedia.org/wiki/JPEG_2000»