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JPEG 2000 (JP2) es un estándar de compresión de imágenes y un sistema de codificación creado por el comité Joint Photographic Experts Group (JPEG) en el año 2000 con la intención de reemplazar al estándar JPEG original. JPEG 2000 también se conoce por la extensión de nombre de archivo .jp2. Fue desarrollado desde cero para abordar algunas de las limitaciones del formato JPEG original, al tiempo que proporciona una calidad de imagen y flexibilidad superiores. Es importante tener en cuenta que JPC se utiliza a menudo como un término para referirse al flujo de código JPEG 2000, que es el flujo real de bytes que representa los datos de imagen comprimidos, que normalmente se encuentran en archivos JP2 u otros formatos de contenedor como MJ2 para secuencias JPEG 2000 en movimiento.

JPEG 2000 utiliza compresión basada en ondículas, en lugar de la transformada discreta del coseno (DCT) utilizada en el formato JPEG original. La compresión de ondículas proporciona varias ventajas, incluida una mejor eficiencia de compresión, particularmente para imágenes de mayor resolución, y una mejor calidad de imagen en relaciones de compresión más altas. Esto se debe a que las ondículas no sufren los artefactos "en bloques" que puede introducir la DCT cuando las imágenes están muy comprimidas. En cambio, la compresión de ondículas puede resultar en una degradación más natural de la calidad de la imagen, que a menudo es menos perceptible para el ojo humano.

Una de las características clave de JPEG 2000 es su compatibilidad con la compresión sin pérdida y con pérdida dentro del mismo formato de archivo. Esto significa que los usuarios pueden optar por comprimir una imagen sin ninguna pérdida de calidad, o pueden optar por una compresión con pérdida para lograr tamaños de archivo más pequeños. El modo sin pérdida de JPEG 2000 es particularmente útil para aplicaciones donde la integridad de la imagen es crítica, como imágenes médicas, archivos digitales y fotografía profesional.

Otra característica importante de JPEG 2000 es su compatibilidad con la decodificación progresiva. Esto permite que una imagen se decodifique y muestre de forma incremental a medida que se reciben los datos, lo que puede ser muy útil para aplicaciones web o situaciones donde el ancho de banda es limitado. Con la decodificación progresiva, primero se puede mostrar una versión de baja calidad de toda la imagen, seguida de refinamientos sucesivos que mejoran la calidad de la imagen a medida que se dispone de más datos. Esto contrasta con el formato JPEG original, que normalmente carga una imagen de arriba a abajo.

JPEG 2000 también ofrece un amplio conjunto de características adicionales, incluida la codificación de región de interés (ROI), que permite que diferentes partes de una imagen se compriman a diferentes niveles de calidad. Esto es particularmente útil cuando ciertas áreas de una imagen son más importantes que otras y deben conservarse con mayor fidelidad. Por ejemplo, en una imagen de satélite, el área de interés podría comprimirse sin pérdida, mientras que las áreas circundantes se comprimen con pérdida para ahorrar espacio.

El estándar JPEG 2000 también admite una amplia gama de espacios de color, incluidos escala de grises, RGB, YCbCr y otros, así como una profundidad de color que varía de 1 bit (binario) hasta 16 bits por componente en los modos sin pérdida y con pérdida. Esta flexibilidad lo hace adecuado para una variedad de aplicaciones de imágenes, desde simples gráficos web hasta imágenes médicas complejas que requieren un alto rango dinámico y una representación de color precisa.

En términos de estructura de archivos, un archivo JPEG 2000 se compone de una serie de cuadros, que contienen diferentes partes de información sobre el archivo. El cuadro principal es el cuadro de encabezado JP2, que incluye propiedades como el tipo de archivo, el tamaño de la imagen, la profundidad de bits y el espacio de color. Después del encabezado, hay cuadros adicionales que pueden contener metadatos, información del perfil de color y los datos de imagen comprimidos reales (el flujo de código).

El flujo de código en sí está compuesto por una serie de marcadores y segmentos que definen cómo se comprimen los datos de la imagen y cómo deben decodificarse. El flujo de código comienza con el marcador SOC (Inicio del flujo de código) y termina con el marcador EOC (Fin del flujo de código). Entre estos marcadores, hay varios segmentos importantes, incluido el segmento SIZ (Tamaño de imagen y mosaico), que define las dimensiones de la imagen y los mosaicos, y el segmento COD (Estilo de codificación predeterminado), que especifica la transformación de ondículas y los parámetros de cuantificación utilizados para la compresión.

La resistencia a errores de JPEG 2000 es otra característica que lo distingue de su predecesor. El flujo de código puede incluir información de corrección de errores que permite a los decodificadores detectar y corregir errores que pueden haber ocurrido durante la transmisión. Esto hace que JPEG 2000 sea una buena opción para transmitir imágenes a través de canales ruidosos o almacenar imágenes de una manera que minimice el riesgo de corrupción de datos.

A pesar de sus muchas ventajas, JPEG 2000 no ha tenido una adopción generalizada en comparación con el formato JPEG original. Esto se debe en parte a la mayor complejidad computacional de la compresión y descompresión basada en ondículas, que puede requerir más potencia de procesamiento y puede ser más lenta que los métodos basados en DCT. Además, el formato JPEG original está profundamente arraigado en la industria de las imágenes y tiene un amplio soporte en software y hardware, lo que lo convierte en una opción predeterminada para muchas aplicaciones.

Sin embargo, JPEG 2000 ha encontrado un nicho en ciertos campos donde sus características avanzadas son particularmente beneficiosas. Por ejemplo, se utiliza en el cine digital para la distribución de películas, donde su representación de imágenes de alta calidad y su compatibilidad con diferentes relaciones de aspecto y velocidades de fotogramas son importantes. También se utiliza en sistemas de información geográfica (SIG) y teledetección, donde su capacidad para manejar imágenes muy grandes y su compatibilidad con la codificación ROI son valiosas.

Para los desarrolladores de software e ingenieros que trabajan con JPEG 2000, hay varias bibliotecas y herramientas disponibles que brindan soporte para codificar y decodificar archivos JP2. Una de las más conocidas es la biblioteca OpenJPEG, que es un códec JPEG 2000 de código abierto escrito en C. Otros paquetes de software comerciales también ofrecen compatibilidad con JPEG 2000, a menudo con un rendimiento optimizado y características adicionales.

En conclusión, el formato de imagen JPEG 2000 ofrece una gama de características y mejoras sobre el estándar JPEG original, incluida una eficiencia de compresión superior, compatibilidad con compresión sin pérdida y con pérdida, decodificación progresiva y resistencia a errores avanzada. Si bien no ha reemplazado a JPEG en la mayoría de las aplicaciones principales, sirve como una herramienta valiosa en industrias que requieren almacenamiento y transmisión de imágenes de alta calidad. A medida que la tecnología continúa avanzando y crece la necesidad de soluciones de imágenes más sofisticadas, JPEG 2000 puede experimentar una mayor adopción en mercados nuevos y existentes.