JPEG 2000

Geschichte von JPEG 2000

Das im Jahr 2000 standardisierte JPEG-2000 sollte das mittlerweile nicht mehr zeitgemäße JPEG aus dem Jahre 1992 ablösen. Entwicklungsziele des Standards waren außer höherer Kompression auch die Erweiterung um Features wie Skalierbarkeit und Anpassbarkeit und die bessere Unterstützung vom Metadaten.

Grundlegende Informationen zu JPEG 2000

JPEG-2000 basiert auf variabler Farbraumkonversion, DWT und arithmetischer Kompression. Wie bei JPEG kommen die verlustbehafteten Schritte Farbunterabtastung und Quantisierung zum Einsatz. Außer verlustbehafteter Kompression beschreibt der Standard auch einen verlustfreien, reversiblen Modus, welcher auf einer speziellen Wavelet Transformation und der Auslassung der verlustbehafteten Schritte basiert.

Kernstück des neuen Bildkompressionsalgorithmus ist die Wavelet Transformation. In Verbindung mit arithmetischer Kompression erzielt JPEG-2000 eine bessere Kompressionseffizienz als sein Vorgänger JPEG. Dies wird insbesondere bei niedrigen Bitraten deutlich (siehe Abbildung).

Der JPEG-2000 Standard definiert ein eigenes Containerformat, das J2P Format. Der Container ist flexibler und vielseitiger als das bei den Vorgängern verwendete Format JFIF. Metadaten und Header-Information werden in einer XML-Struktur gespeichert. Möglich sind Metadaten beliebigen Formates, denkbar wären z.B. auch Audiokommentare oder PDF-Dokumente.

Außer zeitgemäßer Kompressionseffizienz bietet der JPEG-2000 Standard weitere Features:

  • Region of Interest (ROI) Kodierung: Ein bestimmter, vorher festgelegter Bildbereich wird gegenüber umliegenden Bildbereichen bevorzugt, d.h. mit höheren Qualitätseinstellungen kodiert.

  • Hohe Fehlertoleranz: Einzelne Bitfehler richten nur begrenzten Schaden an der Bilddatei aus. In JPEG z.B. kann ein einzelner Bildfehler eine komplette Bilddatei unbrauchbar machen.

  • Skalierbarkeit: Ein Bildformat wird skalierbar genannt, wenn der Nutzer mehrere Versionen aus einer einzigen komprimierten Datei extrahieren kann. JPEG-2000 unterstützt Skalierbarkeit im Hinblick auf Auflösung, Qualität, Farbkomponenten und Bildposition.

  • Transparenz und Opazität: JPEG-2000 unterstützt die Darstellung transparenter und durchscheinender Flächen.

Trotz seiner technischen Überlegenheit im Gegensatz zu seinen Vorgängern konnte JPEG-2000 bislang keine weite Verbreitung finden. Dies liegt nicht zuletzt an der höheren Komplexität des Algorithmus und dem damit verbundenen höheren Rechenaufwand.