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JP2 或 JPEG 2000 第 1 部分檔案格式是一種影像編碼系統，由聯合影像專家小組作為原始 JPEG 標準的後繼者而建立。它於 2000 年推出，正式名稱為 ISO/IEC 15444-1。與其前身不同，JPEG 2000 的設計目的是提供更有效率且更靈活的影像壓縮技術，以解決原始 JPEG 格式的一些限制。JPEG 2000 使用小波轉換壓縮，這允許在同一個檔案中進行無損和有損壓縮，提供更高程度的可擴充性和影像保真度。

JPEG 2000 格式的主要特點之一是使用離散小波轉換 (DWT)，而不是原始 JPEG 格式中使用的離散餘弦轉換 (DCT)。DWT 比 DCT 提供了多項優點，包括更好的壓縮效率，特別是對於高解析度影像，以及減少區塊化失真。這是因為小波轉換能夠以不同層級的細節表示影像，可以根據應用程式的特定需求或使用者的偏好進行調整。

JP2 格式支援廣泛的色彩空間，包括灰階、RGB、YCbCr 等，以及各種位元深度，從二進位影像到每個通道 16 位元。這種靈活性使其適用於各種應用程式，從數位攝影到醫學影像和遙測。此外，JPEG 2000 透過使用 alpha 通道支援透明度，這在標準 JPEG 格式中是不可能的。

JPEG 2000 的另一個顯著優點是它支援漸進式解碼。這表示影像可以在整個檔案下載完成之前以較低解析度和品質層級進行解碼和顯示，這對於網路應用程式特別有用。隨著更多資料的可用，影像品質可以逐步提升。此功能稱為「品質層級」，允許有效使用頻寬，並在頻寬受限的環境中提供更好的使用者體驗。

JPEG 2000 也引入了「感興趣區域」(ROI) 的概念。使用 ROI，影像的特定部分可以比影像的其他部分編碼為更高品質。這在需要將注意力集中在影像中的特定區域時特別有用，例如在監控或醫學診斷中，焦點可能在於影像中的特定異常或特徵。

JP2 格式包含強大的元資料處理功能。它可以儲存廣泛的元資料資訊，例如國際新聞電信理事會 (IPTC) 元資料、Exif 資料、XML 資料，甚至智慧財產資訊。這種全面的元資料支援有助於更好的影像編目和歸檔，並確保有關影像的重要資訊得以保留，並且可以輕鬆存取。

錯誤復原力是 JPEG 2000 的另一項功能，使其適用於可能發生資料遺失的網路，例如無線或衛星通訊。此格式包含錯誤偵測和修正機制，這有助於確保即使在傳輸過程中某些資料已損毀，影像也能正確解碼。

與在類似品質層級編碼的 JPEG 檔案相比，JPEG 2000 檔案通常較大，這是其廣泛採用的障礙之一。然而，對於影像品質至上的應用程式，而檔案大小增加並非重大考量時，JPEG 2000 提供了明顯的優勢。值得注意的是，與 JPEG 相比，此格式的優異壓縮效率可以在較高品質層級產生較小的檔案大小，特別是對於高解析度影像。

JP2 格式是可擴充的，並且設計為 JPEG 2000 等更大標準套件的一部分。此套件包含各種部分，以擴充基本格式的功能，例如支援動態影像 (JPEG 2000 第 2 部分)、安全影像傳輸 (JPEG 2000 第 8 部分) 和互動式通訊協定 (JPEG 2000 第 9 部分)。這種可擴充性確保此格式可以演進以滿足未來多媒體應用程式的需求。

在檔案結構方面，JP2 檔案包含一系列方塊，每個方塊都包含特定類型的資料。這些方塊包括檔案簽章方塊，它將檔案識別為 JPEG 2000 編碼串流、檔案類型方塊，它指定媒體類型和相容性，以及標頭方塊，它包含影像屬性，例如寬度、高度、色彩空間和位元深度。其他方塊可以包含色彩規格資料、索引色彩影像的調色盤資料、解析度資訊和智慧財產權資料。

JP2 檔案中的實際影像資料包含在「連續編碼串流」方塊中，其中包含壓縮的影像資料和任何編碼樣式資訊。編碼串流組織成「磁磚」，它們是影像的獨立編碼區段。此磁磚功能允許有效隨機存取影像的各個部分，而不需要解碼整個影像，這對於大型影像或僅需要影像一部分時很有用。

JPEG 2000 中的壓縮程序包含幾個步驟。首先，影像會選擇性地進行前處理，其中可能包括磁磚化、色彩轉換和降採樣。接下來，應用 DWT 將影像資料轉換為階層式係數集，這些係數以不同的解析度和品質層級表示影像。然後對這些係數進行量化，這可以用無損或有損的方式進行，並且使用算術編碼或二元樹編碼等技術對量化值進行熵編碼。

採用 JPEG 2000 的挑戰之一是編碼和解碼程序的運算複雜度，它們比原始 JPEG 標準的運算複雜度更高。這限制了它在某些即時或低功耗應用程式中的使用。然而，運算能力的進步以及最佳化演算法和硬體加速器的開發，使 JPEG 2000 更容易用於更廣泛的應用程式。

儘管有其優點，JPEG 2000 尚未在大多數主流應用程式中取代原始 JPEG 格式。JPEG 的簡潔性、廣泛支援和現有基礎設施的慣性促成了它持續的主導地位。然而，JPEG 2000 在專業領域中找到了利基市場，其進階功能（例如更高的動態範圍、無損壓縮和優異的影像品質）至關重要。它通常用於醫學影像、數位電影、地理空間影像和歸檔儲存，在這些領域中，此格式的優點大於檔案大小較大以及運算需求增加的缺點。

總之，JPEG 2000 影像格式代表了影像壓縮技術的重大進步，提供了一系列功能，改進了原始 JPEG 標準的限制。它使用基於小波的壓縮，允許產生具有可擴充解析度和品質的高品質影像，並且它支援漸進式解碼、感興趣區域和強大的元資料，使其成為許多專業應用程式的多功能選擇。儘管它尚未成為影像壓縮的通用標準，但 JPEG 2000 仍然是影像品質和保真度至關重要的產業的重要工具。