JPEG 2000

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JPEG 2000 ist ein Standard (ISO 15444) zur Bildkomprimierung, der auf der diskreten Wavelet-Transformation (DWT) beruht. Wie das bekannte JPEG ist er von der Joint Photographic Experts Group herausgegeben. JPEG 2000 beherrscht sowohl verlustfreie als auch verlustbehaftete Komprimierung. Mit dem Standard lassen sich sehr gute Komprimierungsraten für verlustbehaftet zu speichernde, fotoähnliche Bilder erreichen. Das Format kann eine Reihe von Metadaten aufnehmen, die das Verwalten und Auffinden von Bildern im Internet erleichtern.

Inhaltsverzeichnis

[Bearbeiten] Vorteile gegenüber JPEG

Das Format JPEG 2000 bietet gegenüber JPEG einige Vorteile.

  • bessere Komprimierungsrate bei gegebener Qualität
  • Möglichkeit, bestimmten Bildregionen von Interesse in höherer Qualität zu komprimieren und zu dekomprimieren (ROI = Region of Interest)
  • Wiederholtes Öffnen/Speichern mit gleichem Encoder und gleichen Kompressioneinstellungen führt nicht zu fortschreitenden Qualitätseinbußen (Generationsverlusten).
  • Raum für Metadaten
  • Inkrementeller Bildaufbau; Dadurch ist die Darstellung in geringerer Qualität durch einfaches Verwenden nur eines Teils der Originaldatei ohne Neuberechnungen möglich.

[Bearbeiten] Nachteile gegenüber JPEG

  • erheblich höherer Rechenaufwand (problematisch für Digitalkameras)

[Bearbeiten] Stufen der Kompression

Im Falle der verlustbehafteten Komprimierung wird die biorthogonale Daubechies-9/7-Wavelettransformation verwendet. Die verlustlose Kompression verwendet die biorthogonale LeGall-5/3-Wavelettransformation.

Die Dekomprimierung erfolgt entsprechend in umgekehrter Reihenfolge.

[Bearbeiten] Verbreitungsgrad und Unterstützung

Das Format ist zum jetzigen Zeitpunkt (2008) noch nicht weit verbreitet. Der Hauptgrund dafür ist wohl, dass es von den weit verbreiteten Browsern bisher nur Safari ohne Zusatzmodule darstellen kann und dass freie Kodiersoftware für den Standard unzureichend verfügbar ist. So kodiert das entsprechende IrfanView-Zusatzmodul in der nicht registrierten Variante nur bis zur Auflösung von 640 × 480. Auch die quasi nicht vorhandenen bzw. wesentlich teureren Hardware-Lösungen (wie z.B. Decoder-Chips in Digital-Kameras) behindern die Verbreitung.

Es gibt teilweise qualitative Unterschiede bei den verschiedenen Encodern, die sich vor allem bei höheren Kompressionsraten bemerkbar machen.

Die einfachste, kostenlose Möglichkeit dürfte derzeit ImageMagick, GraphicsMagick oder ExactImage bieten, die auf der JasPer-Library beruhen. Unterstützt wird allerdings nur einfache Komprimierung.

Das Programm XnView (Version 1.82.4) in der Windows-Version unterstützt das Speichern ohne Größeneinschränkung. (Stand Juni 2006)

Für Photoshop gibt es seit Version CS ein optionales Plugin von Adobe (zu finden auf der CD-ROM), ein kostenloses Plugin von fnord software, ein kostenloses Plugin mit umfassenden Softwarebibliotheken und Browser-Plugins von LuraTech Europe GmbH oder das für den nichtkommerziellen Einsatz freies Plugin von LEAD Technologies, Inc.

Paint Shop Pro von Corel unterstützt in der Version 8 nativ das Lesen und Schreiben von JPEG 2000.

Auch verbreitete Programme, wie zum Beispiel MS Paint, unterstützen den Standard noch nicht. JasPer unter Linux hat sich als freie Alternative bewährt, dürfte allerdings dem Durchschnittsanwender kaum zugänglich sein. Für Mac OS kann GraphicConverter JPEG 2000 lesen und schreiben. Mac OS X unterstützt JPEG 2000 ohne Zusatzsoftware.

Firefox unter Mac OS X zeigt JPEG 2000 mittels QuickTime an.
Damit Firefox in dieser Hinsicht nicht mehr von QuickTime abhängig ist, soll im Zuge des Summer of Code '07 ein Add-On für JPEG 2000-Unterstützung geschrieben werden.[1]

Das Unternehmen Morgan Multimedia stellt ein Freeware Plugin für alle gängigen Browser unter Windows zur Verfügung (siehe Weblinks).

  • Dateiendungen: .jp2, .jpx
  • MIME-Typen: image/jp2, image/jpeg2000, image/jpeg2000-image, image/x-jpeg2000-image

[Bearbeiten] File-Format und Codestream

Wie schon JPEG-1 unterscheidet JPEG 2000 einen sog. Codestream und ein Dateiformat. Während der Codestream ausreicht, um die Samples des Bildes zu decodieren, werden im Dateiformat zusätzliche Meta-Informationen wie etwa die Auflösung und der Farbraum des codierten Bildes gespeichert. Für das Dateiformat spezifiziert die ISO die Dateiendung .jp2, für den Codestream ist keine Dateiendung vorgesehen, da der Codestream als solcher nicht dazu gedacht ist, direkt als Datei gespeichert zu werden. Jedoch sind die Endungen .jpc oder .j2k hierfür gebräuchlich.

[Bearbeiten] Beispielbilder

Bild:Pisagrabmal2.jpg JPEG-Bild eines Grabmals im Camposanto in Pisa, 8,8fach komprimiert
Bild:Pisagrabmal 66fach2.jpg Dasselbe 66fach komprimiert. Man erkennt deutlich die Blockartefakte.
Bild:Pisagrabmal 66fach jp2 2.jpg Dasselbe mit JPEG 2000 66fach komprimiert. Die Artefakte sind deutlich weniger ausgeprägt.
Original JPEG JPEG 2000

[Bearbeiten] Typische Eigenschaften

JPEG 2000 vermeidet im Gegensatz zu JPEG-1 durch die Verwendung der Wavelet-Transformation Blockartefakte bei niedrigen Kompressionsraten, stattdessen tendieren die Bilder dann zu Unschärfeartefakten und Schatten an harten Kontrasten im Bild. JPEG 2000 eignet sich besser für große Bilder, da hier Waveletfilter aufgrund ihrer größeren Länge ihre Vorteile gegenüber den dann relativ kleinen 8x8 Blöcken der DCT von JPEG-1 ausspielen können, und ist darum in diesem Bereich JPEG-1 überlegen. Bei kleineren Bildern kann je nach Bildinhalt JPEG-1 oder JPEG 2000 einen Qualitätsvorteil bieten.

[Bearbeiten] Erweiterungen

Der JPEG 2000-Standard gliedert sich in 13 Unterstandards, die, angefangen vom Basis-Standard ISO/IEC 15444-1:2000, diverse Ergänzungen und Erweiterungen auf andere Anwendungsgebiete spezifizieren. Zu nennen wären hier etwa:

  • 15444-2: Erweiterte Codierungsoptionen, etwa zusätzliche Farbräume, Trellis-Quantisierung, ein erweitertes Dateiformat (.jpx), das animiertes JPEG 2000 oder die Überlagerung von mehreren Codeströmen zu einem gemeinsamen Bild erlaubt.
  • 15444-3: Motion-JPEG 2000 zur Codierung von Bewegtbildern ähnlich wie Motion-JPEG.
  • 15444-4: Spezifiziert Conformance-Tests und beinhaltet Stress-Tests für Decoder
  • 15444-5: Referenz-Software, bestehend aus dem JasPer- und dem JJ2000-Codec.
  • 15444-6: Ein Compound-Image-Dateiformat, welches mehrere Codierungsverfahren miteinander kombiniert, um hiermit etwa eingescannte Dokumente mit Bild- und Textanteilen optimal zu codieren.
  • 15444-9: Ein Image-Browsing Protokoll, über das Bildausschnitte von sehr großen Bildern (etwa aus Medizindatenbanken) über das Internet interaktiv betrachtet werden können.
  • 15444-12: ISO-Based Media-Format, ein gemeinsam mit dem MPEG spezifiziertes Containerformat für Bewegtbilder.

Nicht alle JPEG 2000 Unterstandards sind bereits vom ISO beschlossen, einige werden zurzeit noch innerhalb der ISO-Gremien diskutiert, etwa JPWL zur sicheren Übertragung von Bildern über Funknetze, JPSEC zur ganzen oder teilweisen Verschlüsselung von Bildern oder JP3D zur Codierung von Volumenbildern.

[Bearbeiten] Anwendungen

JPEG 2000 ist im Markt für Heimanwender noch nicht sonderlich präsent, es gibt jedoch einige Spezialanwendungen, in denen JPEG 2000 intensiv eingesetzt wird:

  • Der DICOM-Standard für medizinische Daten kann JPEG 2000-Bilder aufnehmen
  • Die Digital Cinema Initiative, eine Vereinigung der meisten großen Filmstudios und großen Filmverleihern, setzt Motion-JPEG 2000 als Standard zur Speicherung, Verteilung und Darbietung von Filmmaterial ein
  • Einige (nationale) Großarchive verwenden JPEG 2000 für die Langzeitarchivierung ihrer zu bewahrenden Dokumente
  • Auf den neuen Reisepässen der Bundesrepublik Deutschland werden die Passbilder im JPEG 2000-Format gespeichert mit einer Bildgröße von 18k.
  • Second Life nutzt JPEG 2000 zur Speicherung sämtlicher Grafiken/Texturen
  • Einige Belichtungsdienste nutzen JPEG 2000 für die Übertragung der Fotos.

[Bearbeiten] Einzelnachweise

  1. ↑ http://eschew.org/projects/soc/2007/application.html

[Bearbeiten] Weblinks