Gruppo congiunto di esperti fotografici: Sfruttare la potenza dei dati visivi con lo standard JPEG

Di Fouad Sabry

What is Joint Photographic Experts Group

JPEG 2000, often known as JP2, is a standard format and coding scheme for picture compression. It was developed between the years 1997 and 2000 by a committee of the Joint Photographic Experts Group, which was chaired by Touradj Ebrahimi. The group's goal was to replace their original JPEG standard, which is based on a discrete cosine transform (DCT), with a wavelet-based approach that was freshly designed. Files that conform to ISO/IEC 15444-1 are designated with the extension.jp2, while files that conform to the expanded part-2 requirements, which are published as ISO/IEC 15444-2, are designated with the extension.jpx. Specifically, RFC 3745 is where the registered MIME types are defined. It is image/jp2 for the ISO/IEC 15444-1 standard.

How you will benefit

(I) Insights, and validations about the following topics:

Chapter 1: JPEG 2000

Chapter 2: JPEG

Chapter 3: Lossy Compression

Chapter 4: Image Compression

Chapter 5: ICER

Chapter 6: H.262/MPEG-2 Part 2

Chapter 7: MPEG-4 Part 2

Chapter 8: Image File Format

Chapter 9: Motion JPEG 2000

Chapter 10: High Efficiency Image File Format

(II) Answering the public top questions about joint photographic experts group.

(III) Real world examples for the usage of joint photographic experts group in many fields.

Who this book is for

Professionals, undergraduate and graduate students, enthusiasts, hobbyists, and those who want to go beyond basic knowledge or information for any kind of Joint Photographic Experts Group.

 

 

• Lingua: Italiano
• Editore: Un Miliardo Di Ben Informato [Italian]
• Data di uscita: 30 apr 2024

Anteprima del libro

Capitolo 1: JPEG 2000

Esiste uno standard per la compressione e la codifica delle immagini chiamato JPEG 2000 (JP2). Per sostituire il loro standard JPEG iniziale (stabilito nel 1992) basato su una trasformata discreta del coseno (DCT), un gruppo congiunto di esperti fotografici guidato da Touradj Ebrahimi (in seguito presidente del JPEG) ha lavorato su questo dal 1997 al 2000. I file conformi a ISO/IEC 15444-1 utilizzano l'estensione del nome file.jp2, mentre i file conformi allo standard ISO/IEC 15444-2 utilizzano l'estensione del nome del file.jpx. RFC 3745 specifica i numerosi tipi MIME che sono stati registrati. Il formato image/jp2 viene utilizzato per ISO/IEC 15444-1.

Sono disponibili diversi modi per fornire l'accesso casuale spaziale o l'accesso all'area di interesse nei flussi di codice JPEG 2000, che sono aree di interesse. Diverse sfaccettature della stessa immagine possono essere memorizzate con vari gradi di fedeltà.

Lo standard JPEG 2000 utilizza una trasformata wavelet discreta per la compressione (DWT). Con l'aggiunta dell'estensione Motion JPEG 2000, lo standard può essere utilizzato per comprimere i video di motion imaging. Lo standard di codifica video per il cinema digitale è stato stabilito utilizzando la tecnologia JPEG 2000 nel 2004. quindi è raramente usato su Internet.

Sebbene JPEG 2000 offra una compressione leggermente migliore rispetto a JPEG, i miglioramenti sono minimi, Il vantaggio fondamentale di JPEG 2000 è l'elevato grado di adattabilità del codestream.

JPEG 2000 produce un flusso di codice scalabile dopo la compressione di un'immagine, il che significa che ci sono molteplici interpretazioni possibili; ad esempio, il flusso di codice può essere interrotto quando necessario, è possibile ottenere una versione a bassa risoluzione dell'immagine o SNR - per saperne di più, dai un'occhiata al mio articolo sulla compressione scalabile.

È possibile ottenere diversi ordini di flusso di codice utilizzando, Sono possibili guadagni significativi nelle prestazioni dell'applicazione.

Tuttavia, a causa di questa adattabilità, i codec per JPEG 2000 sono complicati e richiedono molte risorse.

Un'altra differenza, a differenza del JPEG, si riferisce agli oggetti fisici dell'occhio: solo gli artefatti di squillo sono prodotti da JPEG 2000, si sono mostrati come sfocatura e ronzio ai bordi dell'immagine, tuttavia, JPEG crea distorsioni che suonano come squilli e blocchi, a causa dei suoi 8×8 blocchi.

È stato rilasciato lo standard internazionale ISO/IEC 15444 per JPEG 2000. È stato calcolato che l'acquisto di tutta la documentazione standard ti costerà 2718 CHF (circa 2700 USD).

I mercati di riferimento e le applicazioni previste dalla norma sono i seguenti:

Lettori multimediali e altri dispositivi elettronici di consumo (ad es. fotocamere digitali, assistenti digitali personali, telefoni cellulari 3G, fax a colori, stampanti, scanner)

Collegamento con un server (ad es. Internet, database di immagini, streaming video, server video)

Militare/sorveglianza (ad es. immagini satellitari HD, rilevamento del movimento, distribuzione e archiviazione in rete)

Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) per lo scambio di dati medici.

Biometria.

Telerilevamento

Acquisizione, modifica e archiviazione di video di alta qualità in singoli fotogrammi.

Contributo allo streaming HDTV in diretta, ad esempio un feed HDTV di un evento sportivo collegato allo studio della stazione televisiva (compressione video solo I-frame con basso ritardo di trasmissione).

Film in formato digitale, come quelli che si trovano nel Pacchetto Cinema Digitale

JPEG 2000 e lo standard di compressione delle immagini ICER sono entrambi utilizzati dai rover marziani e condividono numerose somiglianze di progettazione.

Materiali audiovisivi e foto che sono stati digitalizzati per l'archiviazione digitale a lungo termine

JPEG 2000 Compression fa parte del nuovo formato di file GRIB2, sviluppato dall'Organizzazione Meteorologica Mondiale. Il formato di file GRIB è stato sviluppato appositamente per la diffusione in tutto il mondo dei bollettini meteorologici. L'uso della compressione JPEG 2000 da parte di GRIB2 ha portato a una riduzione delle dimensioni fino all'80%.

Per comprimere un'immagine, JPEG 2000 la suddivide in numerose rappresentazioni a diverse risoluzioni. Questa rappresentazione piramidale può essere utilizzata per qualcosa di più della semplice compressione durante la presentazione delle immagini.

La decodifica progressiva e il rapporto segnale/rumore (SNR) scalabile sono due nomi per queste caratteristiche. Sia in termini di precisione dei pixel che di qualità dell'immagine, JPEG 2000 fornisce raggruppamenti progressivi del flusso di codice altamente efficienti (o in base alle dimensioni dell'immagine). In questa tecnica, l'utente può vedere una rappresentazione di qualità inferiore dell'immagine completa dopo aver ricevuto solo una frazione dell'intero file. Gradualmente si ottiene una qualità migliore man mano che vengono scaricati più dati dall'origine.

Lo standard JPEG 2000 combina la compressione lossless e lossy in un unico framework, proprio come lo standard Lossless JPEG. In JPEG 2000, viene utilizzata una trasformata wavelet intera reversibile per offrire una compressione senza perdita di dati.

A causa della codifica dei dati in blocchi indipendenti relativamente piccoli, sia JPEG 1992 che JPEG 2000 sono resistenti agli errori di bit indotti da linee di comunicazione rumorose.

Creati nel protocollo JPIP JPEG Part 9, i formati di file JP2 e JPX consentono la gestione delle informazioni sullo spazio colore, dei metadati e dell'interazione nelle applicazioni in rete.

Le profondità di bit da 1 a 38 sono accettabili in JPEG 2000. Sono supportati gli spazi colore monocromatici e tre varianti di YCbCr, sRGB, PhotoYCC, CMY(K), YCCK e CIELab. CIEJab (CIECAM02), e-sRGB, ROMM, YPbPr e altri sono stati successivamente aggiunti all'elenco degli spazi colore supportati.

Completa aderenza agli standard di trasparenza del piano alfa.

I pezzi che compongono il sistema di codifica delle immagini JPEG 2000 (ISO/IEC 15444), sono i seguenti:

Oltre a migliorare le prestazioni di compressione rispetto a JPEG, JPEG 2000 mira anche a introdurre (o migliorare) aspetti come la scalabilità e la modificabilità. Le prestazioni di compressione di solito non sono il fattore chiave da considerare quando si valuta un progetto, e il miglioramento di JPEG 2000 in questo senso è piuttosto minore rispetto allo standard JPEG originale. JPEG 2000 è in grado di comprimere le immagini in dimensioni molto piccole o molto grandi. Uno dei vantaggi di JPEG 2000 è che il suo design è in grado di supportare un'ampia varietà di bit rate effettivi. Per le immagini con velocità in bit inferiori a una soglia specificata, lo standard JPEG iniziale consiglia di ridurre la risoluzione dell'immagine di input prima della codifica. Grazie alla sua struttura di decomposizione multi-risoluzione incorporata, JPEG 2000 elimina la necessità di tale intervento manuale. L'algoritmo JPEG 2000 è descritto di seguito.

Per quanto riguarda il supporto dei profili ICC e la gestione delle informazioni sulla risoluzione della griglia, lo standard esistente del formato JP2 è ambiguo, come affermato dalla Biblioteca Reale dei Paesi Bassi.

All'inizio, le foto devono essere convertite dallo spazio colore RGB a un altro spazio colore, il che si traduce in tre parti distinte. È possibile seguire uno dei due percorsi:

Irreversible Color Transform (ICT) utilizza il ben noto spazio colore BT.601 YCBCR .

Il motivo per cui deve essere implementato in floating o fix-point e si traduce in errori di arrotondamento è il motivo per cui le persone si riferiscono ad esso come irreversibile.

La trasformata wavelet 9/7 è lo strumento esclusivo per l'utilizzo con l'ICT.

Reversible Color Transform (RCT) utilizza uno spazio colore YUV modificato (quasi lo stesso di YCGCO) che non introduce errori di quantizzazione, quindi può essere annullato completamente.

L'RCT non può essere indicato con precisione in forma di matrice, quindi i numeri devono essere arrotondati prima di essere utilizzati.

Solo la trasformata wavelet 5/3 può essere utilizzata con l'RCT.

Le modifiche includono:

{\displaystyle {\begin{array}{rl}Y&=&\left\lfloor {\frac {R+2G+B}{4}}\right\rfloor ;\\C_{B}&=&B-G;\\C_{R}&=&R-G;\end{array}}\qquad {\begin{array}{rl}G&=&Y-\left\lfloor {\frac {C_{B}+C_{R}}{4}}\right\rfloor ;\\R&=&C_{R}+G;\\B&=&C_{B}+G.\end{array}}}

Se R, G e B sono stati portati allo stesso standard di accuratezza, allora la precisione numerica di CB e CR è un po' maggiore della precisione dei componenti originali.

Questo controllo più preciso è essenziale per la compatibilità con le versioni precedenti.

I componenti di crominanza possono essere utilizzati, tuttavia, non è necessario, ridimensionati in dettaglio; infatti, poiché la trasformazione wavelet divide le immagini in diverse dimensioni, la riduzione della scala wavelet più fine aiuta con il downsampling.

Poiché non è limitato al modello di colore RGB, questo processo viene descritto come trasformazione a più componenti nel linguaggio JPEG 2000.

I riquadri sono aree rettangolari dell'immagine che vengono convertite e codificate in modo indipendente una volta applicata la trasformazione del colore. La dimensione delle tessere non ha importanza e l'intera immagine può essere pensata come una singola tessera. La dimensione selezionata sarà