Формат JPEG2000

1. Формат JPEG2000

Выполнила: Залуская Е.Е.
Проверил: Шоберг А.Г.
2022

2. Определение

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

3.

Преимущества JPEG2000

4. Преимущества JPEG2000

o В результате такой компрессии изображение получается более гладким и
чётким, а размер файла по сравнению с JPEG при одинаковом качестве
оказывается меньшим.
o JPEG 2000 полностью свободен от главного недостатка своего
предшественника: благодаря использованию вейвлетов, изображения,
сохранённые в этом формате, при высоких степенях сжатия не содержат
артефактов в виде «решётки» из блоков размером 8х8 пикселей.
o Формат JPEG 2000 так же, как и JPEG, поддерживает так называемое
«прогрессивное сжатие», позволяющее по мере загрузки видеть сначала
размытое, но затем всё более чёткое изображение.

5. Преимущества JPEG2000

o Сохранена обратная совместимость с
JPEG
JPEG at 0.125 bpp
o При значительном сжатии с потерями
(артефакты появляются при значительно
большем сжатии чем при сжатии файла
с помощью JPEG) (вместо сжатие
Хаффмана используется
арифметическое сжатие), на стыках
тёмных и светлых (контрастных) участков
появляется тонкая светлая (яркая) полоса,
но нет характерных для формата JPEG
секторов 8x8.
JPEG2000 at 0.125 bpp
Преимущества JPEG2000
o Эффективность сжатия в среднем
превосходит JPEG на 15-20% при меньших
потерях качества изображения.

6.

JPEG at 0.25 bpp
JPEG at 0.125 bpp
JPEG 2000 at 0.25 bpp
JPEG 2000 at 0.125 bpp

7.

Прогрессия по разрешению

8.

Приложения JPEG 2000
Основные области применения этого
стандарта:
o цифровой кинематограф;
o охранные системы (для сжатия изображений,
получаемых с цифровых видеокамер,
преимущественно как Motion JPEG 2000,
цифровые факсы, принтеры, сканеры);
o клиент-серверные взаимодействия (Интернет,
базы данных изображений, видеосерверы)

9.

Сходства с компрессором ICER
JPEG 2000 во многом сходен с форматом сжатия изображений ICER, используемым
NASA для сжатия изображений в космических экспериментах.
ICER также основан на вейвлетах и обеспечивает:
o прогрессивное кодирование,
o сжатие без потерь (в отличие от JPEG 2000, ICER в этом режиме использует
модифицированный компрессор LOCO (англ. Low Complexity Lossless Compression)),
o сжатие с потерями,
o коррекцию ошибок, позволяющую ограничить эффект потери данных в канале связи.
ICER в целом обеспечивает сжатие, сравнимое с JPEG 2000.

10.

Сходства с компрессором ICER
Функциональные возможности ICER, сходные с JPEG 2000, состоят в том, что оба
компрессора:
o обеспечивают разбиение изображения на блоки для увеличения эффективности сжатия,
позволяя более эффективно использовать канал связи, оперативную память и процессорное
время;
o позволяют варьировать степень сжатия в зависимости от размера изображения (в байтах);
o позволяют варьировать степень сжатия в зависимости от качества (хотя ICER варьирует
степень сжатия с 1%-й погрешностью).

11.

Сходства с компрессором ICER
Отличия между ICER и JPEG 2000:
o JPEG
2000
использует
арифметику
с
плавающей
запятой,
ICER
—
только
целочисленную арифметику;
o JPEG 2000 использует несколько разных
моделей сжатия без потерь, с помощью
переключения вейвлет-компрессора в
режим сжатия без потерь;
o ICER использует
модифицированный LOCOкомпрессор для сжатия без
потерь;
o ICER в своей нынешней форме лучше
сжимает монохромные изображения,
чем цветные;
o ICER и JPEG 2000 используют разные цветовые пространства

12.

Поддерживаемые фильтры
o Вейвлеты с плавающей точкой: (9,7) (10,18)
o Целочисленные: (13,7), CRF(13,7), (5,3), (2,10)
o По умолчанию целочисленное (с потерями): CRF(13,7)
o По умолчанию целочисленное (без потерь): (5,3)
o Пользовательские фильтры

13.

Типы операций кодирования
o Zero Coding (ZC)
o Run-Length coding (RLC)
o Sign coding (SC)
o Magnitude refinement (MR)

14.

Zero Coding (ZC)
Используется
1
из
9
различных
состояний
окружения (соседей) для кодирования значения
символа
в
зависимости
от
переменных
состояния значимости:
• Непосредственные горизонтальные соседи (h)
• Непосредственные вертикальные соседи (v)
• Непосредственные диагональные соседи (d)
• Не ближайшие соседи (f)

15.

Run-Length coding
Sign coding
• Используется в сочетании с примитивом • Используется не более одного раза для каждого
ZC,
чтобы
уменьшить
число
двоичных образца в блоке сразу же обнаруживается, что
символов, которые требуется закодировать ранее незначимый символ является во время
с помощью арифметического кодирования
операций кодирования ZC и RLC
• Если образец ещё не является значимым, • Если это выполняется, то SC также должен быть
то сочетание ZC и RLC используется для вызван для отправки (кодирования) знака
кодирования значения символа в текущей
битовой плоскости
Magnitude refinement
• Используется для кодирования уже значимого образца
• Если образец уже значим, то MR используется для кодирования новой битовой позиции

16.

Базовая схема кодирования

17.

Энтропийное кодирование
• Формирование кодовых потоков из слоёв
(пакетизация)
• Создание блочных битовых потоков (кодирование
битовых плоскостей с помощью
арифметического кодера)

18.

Многоуровневое формирование битового потока
o
Каждый битовый поток организован как последовательность слоев
o
Каждый слой содержит дополнительные вклады от каждого блока (некоторые вклады
могут быть пустыми)
o Точки усечения блоков, связанные с каждым слоем, являются оптимальными в смысле
искажения скорости
o
оптимизация искажения скорости выполняется, но она не нужно стандартизировать

19.

Структура потоков слоёв
• Каждый битовый поток организован, как последовательность слоёв
• Каждый слой содержит дополнительные вклады (вбросы) из каждого блока (возможно пустые)
• Точки усечения блоков, связанные с каждым слоем, являются оптимальными по искажениям
скорости
• Оптимизация искажений скорости выполняется, но не должна стандартизироваться

20.

Правовые споры
JPEG 2000 не является свободным от патентованных алгоритмов компрессии, но усилиями
комитетаJPEG достигнуто согласие, что в составе этого формата они могут использовать
ся бесплатно:
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 организациямидержателями большинства патентов в области сжатия, что позволило использовать их
интеллектуальную собственность в составе реализации стандарта без лицензионных
выплат.
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.

21.

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.

22. Источники

o JPEG 2000 [Электронный ресурс]. – Url: https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/120098#cite_note-1 –
Загл. с экрана.
o JPEG 2000 The next generation still image compression
standard [Электронный ресурс]. – Url:
http://www.autex.spb.su/download/wavelet/jpeg2000
/jpeg2000_christ1.pdf – Загл. с экрана.
o JPEG 2000 The next generation still image compression
standard [Электронный ресурс]. – Url:
http://www.autex.spb.su/download/wavelet/jpeg2000
/jpeg2000_christ2.pdf – Загл. с экрана.