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JPEG 2000（JP2）は、Joint Photographic Experts Group（JPEG）委員会が2000年に作成した画像圧縮標準および符号化システムで、元のJPEG標準に取って代わることを目的としています。JPEG 2000は、ファイル名拡張子.jp2でも知られています。これは、元のJPEG形式の制限のいくつかに対処し、優れた画質と柔軟性を提供するためにゼロから開発されました。JPCは、JPEG 2000コードストリームを表す用語としてよく使用され、これは通常JP2ファイルまたはMJ2などの他のコンテナ形式内にある、圧縮された画像データを表す実際のバイトストリームです。モーションJPEG 2000シーケンス。

JPEG 2000は、元のJPEG形式で使用される離散コサイン変換（DCT）とは対照的に、ウェーブレットベースの圧縮を利用します。ウェーブレット圧縮は、特に高解像度の画像では圧縮効率が向上し、高い圧縮率で画像品質が向上するなど、いくつかの利点があります。これは、ウェーブレットは画像が高度に圧縮されたときにDCTによって導入される可能性のある「ブロック状」のアーティファクトに悩まされないためです。代わりに、ウェーブレット圧縮は、人間の目にはあまり目立たない、より自然な画像品質の低下をもたらす可能性があります。

JPEG 2000の重要な機能の1つは、同じファイル形式内でロスレス圧縮とロスレス圧縮の両方をサポートしていることです。つまり、ユーザーは品質を損なうことなく画像を圧縮することを選択するか、より小さなファイルサイズを実現するためにロスレス圧縮を選択できます。JPEG 2000のロスレスモードは、医療画像、デジタルアーカイブ、プロフェッショナル写真など、画像の完全性が重要なアプリケーションに特に役立ちます。

JPEG 2000のもう1つの重要な機能は、プログレッシブデコードをサポートしていることです。これにより、データが受信されると画像を段階的にデコードして表示できます。これは、Webアプリケーションや帯域幅が限られている状況に非常に役立ちます。プログレッシブデコードを使用すると、まず画像全体の低品質バージョンが表示され、その後、より多くのデータが利用可能になるにつれて画像品質を向上させる連続的な改良が行われます。これは、通常、画像を上から下にロードする元のJPEG形式とは対照的です。

JPEG 2000は、関心領域（ROI）コーディングなど、豊富な追加機能も提供します。これにより、画像の異なる部分を異なる品質レベルで圧縮できます。これは、画像の特定の領域が他の領域よりも重要で、より高い忠実度で保存する必要がある場合に特に役立ちます。たとえば、衛星画像では、関心領域はロスレスに圧縮される可能性がありますが、周囲の領域はスペースを節約するためにロスレスに圧縮されます。

JPEG 2000標準は、グレースケール、RGB、YCbCrなどの幅広いカラースペースと、ロスレスモードとロスレスモードの両方で1ビット（バイナリ）から16ビット/コンポーネントまでの色深度をサポートしています。この柔軟性により、シンプルなWebグラフィックスから、高いダイナミックレンジと正確な色表現を必要とする複雑な医療画像まで、さまざまな画像処理アプリケーションに適しています。

ファイル構造の点では、JPEG 2000ファイルは、ファイルに関するさまざまな情報を格納する一連のボックスで構成されています。メインボックスはJP2ヘッダーボックスで、ファイルタイプ、画像サイズ、ビット深度、カラースペースなどのプロパティが含まれます。ヘッダーの後に、メタデータ、カラープロファイル情報、実際の圧縮画像データ（コーデックストリーム）を含めることができる追加のボックスがあります。

コーデックストリーム自体は、画像データの圧縮方法とデコード方法を定義する一連のマーカーとセグメントで構成されています。コーデックストリームはSOC（コーデックストリームの開始）マーカーで始まり、EOC（コーデックストリームの終了）マーカーで終わります。これらのマーカーの間には、画像とタイルの寸法を定義するSIZ（画像とタイルのサイズ）セグメント、および圧縮に使用されるウェーブレット変換と量子化パラメーターを指定するCOD（コーディングスタイルのデフォルト）セグメントなど、いくつかの重要なセグメントがあります。

JPEG 2000のエラー耐性は、JPEG 2000をその前身と区別するもう1つの機能です。コーデックストリームには、送信中に発生した可能性のあるエラーをデコーダーが検出して修正できるエラー訂正情報を含めることができます。これにより、JPEG 2000はノイズの多いチャネルを介して画像を送信したり、データ破損のリスクを最小限に抑える方法で画像を保存したりするための優れた選択肢になります。

多くの利点にもかかわらず、JPEG 2000は元のJPEG形式と比較して広く採用されていません。これは、ウェーブレットベースの圧縮と解凍の計算上の複雑さが大きいため、より多くの処理能力が必要になり、DCTベースの方法よりも遅くなる可能性があるためです。さらに、元のJPEG形式は画像処理業界に深く浸透しており、ソフトウェアとハードウェアで広くサポートされているため、多くのアプリケーションのデフォルトの選択肢となっています。

ただし、JPEG 2000は、高度な機能が特に有益な特定の分野でニッチを見つけました。たとえば、映画の配信にはデジタルシネマで使用されており、高品質の画像表現とさまざまなアスペクト比とフレームレートのサポートが重要です。また、非常に大きな画像を処理し、ROIコーディングをサポートする機能が貴重である地理情報システム（GIS）とリモートセンシングでも使用されています。

JPEG 2000で作業するソフトウェア開発者やエンジニア向けには、JP2ファイルのエンコードとデコードをサポートするライブラリとツールがいくつかあります。最もよく知られているものの1つは、Cで書かれたオープンソースのJPEG 2000コーデックであるOpenJPEGライブラリです。他の商用ソフトウェアパッケージでもJPEG 2000をサポートしており、多くの場合、最適化されたパフォーマンスと追加機能が備わっています。

結論として、JPEG 2000画像形式は、優れた圧縮効率、ロスレス圧縮とロスレス圧縮の両方のサポート、プログレッシブデコード、高度なエラー耐性など、元のJPEG標準に対してさまざまな機能と改善を提供します。ほとんどの主流アプリケーションではJPEGに取って代わっていませんが、高品質の画像の保存と送信を必要とする業界では貴重なツールとして機能します。テクノロジーが進化し続け、より洗練された画像ソリューションの必要性が高まるにつれて、JPEG 2000は新旧の市場で採用が増える可能性があります。