Zobacz metadane EXIF dla J2C

Format obrazu J2C, znany również jako strumień kodu JPEG 2000, jest częścią pakietu standardów JPEG 2000. Sam JPEG 2000 jest standardem kompresji obrazu i systemem kodowania stworzonym przez komitet Joint Photographic Experts Group z zamiarem zastąpienia oryginalnego standardu JPEG. Standard JPEG 2000 został ustanowiony w celu zapewnienia nowego systemu kodowania obrazu o wysokiej elastyczności i lepszej wydajności niż JPEG. Został zaprojektowany w celu rozwiązania niektórych ograniczeń formatu JPEG, takich jak słaba wydajność przy niskich przepływnościach i brak skalowalności.

JPEG 2000 wykorzystuje transformację falkową w przeciwieństwie do transformacji kosinusowej dyskretnej (DCT) używanej w oryginalnym standardzie JPEG. Transformacja falkowa pozwala na wyższy stopień skalowalności i możliwość wykonywania kompresji bezstratnej, co oznacza, że oryginalny obraz można idealnie zrekonstruować z danych skompresowanych. Jest to znacząca zaleta w porównaniu ze stratną kompresją oryginalnego JPEG, która trwale traci część informacji o obrazie podczas procesu kompresji.

Format pliku J2C odnosi się konkretnie do strumienia kodu JPEG 2000. Ten strumień kodu to rzeczywiste zakodowane dane obrazu, które można osadzić w różnych formatach kontenerów, takich jak JP2 (format pliku JPEG 2000 część 1), JPX (JPEG 2000 część 2, rozszerzony format pliku) i MJ2 (format pliku Motion JPEG 2000 dla wideo). Format J2C jest zasadniczo surowymi, zakodowanymi danymi obrazu bez żadnych dodatkowych metadanych lub struktury, które mogą być dostarczone przez format kontenera.

Jedną z kluczowych cech formatu J2C jest jego obsługa zarówno kompresji bezstratnej, jak i stratnej w tym samym pliku. Osiąga się to poprzez zastosowanie odwracalnej transformacji falkowej do kompresji bezstratnej i nieodwracalnej transformacji falkowej do kompresji stratnej. Wybór między kompresją bezstratną a stratną można dokonać na podstawie kafelka w obrazie, co pozwala na połączenie obszarów wysokiej i niskiej jakości w zależności od ważności treści.

Format J2C jest również wysoce skalowalny, obsługując funkcję znaną jako „dekodowanie progresywne”. Oznacza to, że najpierw można zdekodować i wyświetlić wersję obrazu o niskiej rozdzielczości, a następnie kolejne warstwy o wyższej rozdzielczości w miarę odbierania lub przetwarzania większej ilości danych obrazu. Jest to szczególnie przydatne w aplikacjach sieciowych, w których przepustowość może być ograniczona, ponieważ umożliwia szybki podgląd obrazu, podczas gdy pełny obraz o wysokiej rozdzielczości jest nadal pobierany.

Innym ważnym aspektem formatu J2C jest jego obsługa obszarów zainteresowania (ROI). Dzięki kodowaniu ROI niektóre części obrazu można zakodować w wyższej jakości niż reszta obrazu. Jest to przydatne, gdy niektóre obszary obrazu są ważniejsze i muszą być zachowane z większą wiernością, takie jak twarze na portrecie lub tekst w dokumencie.

Format J2C zawiera również zaawansowane funkcje odporności na błędy, które sprawiają, że jest bardziej odporny na utratę danych podczas transmisji. Osiąga się to poprzez zastosowanie kodów korekcji błędów i ustrukturyzowanie strumienia kodu w sposób umożliwiający odzyskanie utraconych pakietów. Dzięki temu J2C jest dobrym wyborem do przesyłania obrazów przez niezawodne sieci lub przechowywania obrazów w sposób minimalizujący wpływ potencjalnego uszkodzenia danych.

Obsługa przestrzeni kolorów w J2C jest również bardziej zaawansowana niż w oryginalnym JPEG. Format obsługuje szeroką gamę przestrzeni kolorów, w tym skala szarości, RGB, YCbCr i inne. Pozwala również na używanie różnych przestrzeni kolorów w różnych kafelkach tego samego obrazu, zapewniając dodatkową elastyczność w sposobie kodowania i reprezentowania obrazów.

Efektywność kompresji formatu J2C jest kolejną jego zaletą. Dzięki zastosowaniu transformacji falkowej i zaawansowanych technik kodowania entropii, takich jak kodowanie arytmetyczne, J2C może osiągnąć wyższe współczynniki kompresji niż oryginalny JPEG, szczególnie przy niższych przepływnościach. Dzięki temu jest to atrakcyjna opcja dla aplikacji, w których przestrzeń dyskowa lub przepustowość są na wagę złota, takich jak urządzenia mobilne lub aplikacje internetowe.

Pomimo wielu zalet, format J2C nie zyskał tak szerokiego zastosowania w porównaniu z oryginalnym formatem JPEG. Wynika to częściowo z większej złożoności standardu JPEG 2000, który wymaga więcej zasobów obliczeniowych do kodowania i dekodowania obrazów. Ponadto oryginalny format JPEG jest głęboko zakorzeniony w wielu systemach i ma ogromny ekosystem wsparcia oprogramowania i sprzętu, co utrudnia zdobycie przyczółka nowemu standardowi.

Jednak w niektórych specjalistycznych dziedzinach format J2C stał się preferowanym wyborem ze względu na swoje specyficzne cechy. Na przykład w obrazowaniu medycznym możliwość wykonywania kompresji bezstratnej oraz obsługa obrazów o wysokim zakresie dynamiki i wysokiej głębi bitowej sprawiają, że J2C jest idealnym formatem. Podobnie w cyfrowym kinie i archiwizacji wideo wysoka jakość formatu przy wysokich współczynnikach kompresji oraz jego funkcje skalowalności są wysoko cenione.

Proces kodowania obrazu J2C obejmuje kilka kroków. Najpierw obraz jest dzielony na kafelki, które można przetwarzać niezależnie. To kafelkowanie umożliwia przetwarzanie równoległe i może poprawić wydajność procesów kodowania i dekodowania. Następnie każdy kafelek jest przekształcany za pomocą odwracalnej lub nieodwracalnej transformacji falkowej, w zależności od tego, czy pożądana jest kompresja bezstratna czy stratna.

Po transformacji falkowej współczynniki są kwantyzowane, co polega na zmniejszeniu precyzji współczynników falkowych. W kompresji bezstratnej ten krok jest pomijany, ponieważ kwantyzacja wprowadziłaby błędy. Skwantyzowane współczynniki są następnie kodowane entropią za pomocą kodowania arytmetycznego, co zmniejsza rozmiar danych, wykorzystując właściwości statystyczne zawartości obrazu.

Ostatnim krokiem w procesie kodowania jest złożenie strumienia kodu. Zakodowane entropią dane dla każdego kafelka są łączone z informacjami nagłówka opisującymi obraz i sposób jego kodowania. Obejmuje to informacje o rozmiarze obrazu, liczbie kafelków, użytej transformacji falkowej, parametrach kwantyzacji i wszelkich innych istotnych danych. Powstały strumień kodu można następnie zapisać w pliku J2C lub osadzić w formacie kontenera.

Dekodowanie obrazu J2C polega zasadniczo na odwróceniu procesu kodowania. Strumień kodu jest analizowany w celu wyodrębnienia informacji nagłówka i danych zakodowanych entropią dla każdego kafelka. Następnie dane zakodowane entropią są dekodowane w celu odzyskania skwantyzowanych współczynników falkowych. Jeśli obraz został skompresowany za pomocą kompresji stratnej, współczynniki są następnie dekwantyzowane, aby przybliżyć ich oryginalne wartości. Odwrotna transformacja falkowa jest stosowana do rekonstrukcji obrazu ze współczynników falkowych, a kafelki są zszywane razem, aby utworzyć ostateczny obraz.

Podsumowując, format obrazu J2C jest potężnym i elastycznym systemem kodowania obrazu, który oferuje kilka zalet w porównaniu z oryginalnym formatem JPEG, w tym lepszą wydajność kompresji, skalowalność i możliwość wykonywania kompresji bezstratnej. Chociaż nie osiągnął takiego samego poziomu wszechobecności jak JPEG, jest dobrze przystosowany do aplikacji wymagających obrazów wysokiej jakości lub mających specyficzne wymagania techniczne. W miarę postępu technologii i rosnącego zapotrzebowania na bardziej zaawansowane systemy kodowania obrazu, format J2C może zyskać na popularności w różnych dziedzinach.