JPEG 2000年,從母版到檔案版

01.04.10 01:06下午 通過Nils Finger

編解碼器為廣播公司提供了有用的功能。

作者:讓-巴蒂斯特·洛朗和弗朗索瓦·馬塞 - 2010年4月

當今的廣播公司正在為互動式視頻傳輸和工作流程尋找最高的圖像品質、靈活的交付格式、互操作性和標準化配置檔。他們還對一種通用的高端格式擁有既得利益,以存檔、保存全球生成的雪崩式視頻片段並從中獲利。這就是快速採用背後的故事 JPEG 貢獻鏈中的2000壓縮。2010年採用了標準化的廣播配置檔,以滿足當前的行業需求(JPEG 2000 第 1 部分修訂版 3 — 廣播應用配置檔 — ISO/IEC 15444-1:2004/Amd3),確保這種基於小波的編解碼器在貢獻方面的基準地位。 


同時,這些廣播配置檔還滿足了整個行業對壓縮標準的需求,以存檔和創建夾層格式,允許轉碼到各種媒體分發管道。互操作主格式(IMF)正在進行的標準化進程 SMPTE 基於 JPEG 2000 配置檔使採用完整迴圈。 


美國國會圖書館、法國國家視聽研究所(INA)和幾家好萊塢製片廠都選擇了該編解碼器來長期保存一個世紀的視聽內容。 


JPEG 2000 與其他視頻編解碼器不同。MPEG和其他基於DCT的編解碼器旨在優化壓縮效率,通過頻寬有限的管道將視頻傳送給觀眾。 JPEG 2000憑藉其小波變換演算法,不僅帶來了圖像壓縮效率的特點,而且還為使用者提供了更好的控制和整個圖像處理鏈的靈活性。編解碼器提供了任何其他壓縮方法都不可用的獨特功能。 

JPEG 聚光燈下的2000

JPEG 2000 基於離散小波變換 (DWT),並使用標量量化、上下文建模、算術編碼和壓縮後速率分配。 JPEG 2000提供了對每個子帶中的塊級的隨機訪問(即涉及最小解碼),從而使得能夠解碼圖像的區域、低解析度或低品質圖像版本,而不必將其作為一個整體進行解碼。 


JPEG 2000 是功能的真正改進,在一個集成演算法中提供有損和無損壓縮、漸進式和可解析的代碼流、容錯能力、感興趣區域 (ROI)、隨機訪問和其他功能。(請參閱圖 1。 


在視頻應用中, JPEG 2000 用作幀內編解碼器,因此它與將視頻的每一幀視為單個單元的製作工作流程非常匹配。在好萊塢,它逐幀壓縮的能力使這項技術在數位中間編碼中很受歡迎。如果壓縮的目的是本質的分佈,並且不需要進一步的編輯,則通常首選長GOP MPEG。 

廣播進程

圖1.許多解析度和不同的圖像品質檔可以從單個派生 JPEG 2000年碩士。

JPEG 2000 為廣播過程帶來了有價值的功能,包括收錄、轉碼、字幕、品質控制或音軌管理。其固有特性完全符合編解碼器創建高品質中間母版的條件。 


後期製作工作流程包括多個編碼/解碼週期。 JPEG 2000 在整個過程中保持最高質量,並且不會創建阻塞偽影。此外,該技術支援所有常見的位深度,無論是8、10、12位還是更高。 


JPEG 2000 允許以有損、視覺或數學無損模式壓縮圖像,用於各種應用。 (請參閱圖 2。以有損、視覺或數學無損模式壓縮,適用於各種應用。此外,其可擴充性允許採用「一次創建,多次使用」的方法為廣泛的用戶平臺提供服務。 


該技術還可以改進編輯:即使在最高比特率下,其固有的靈活性使其在筆記型電腦和工作站編輯系統上非常使用者友好,全比特率實時視頻軌道的數量有限。改進計算硬體肯定會增加即時層的數量。 


因為 JPEG 2000是一種幀內編解碼器,可防止錯誤在多個幀上傳播,並允許在任何時候剪切視頻信號以進行編輯或其他目的。 


輕鬆轉碼對高端應用程式很有吸引力,在這些應用程式中,工作流程從轉碼到中間版本中受益匪淺。 JPEG 2000 可確保在比特率非常寶貴時乾淨快速地操作。專業觀看者已正確標記轉碼的 1080p JPEG 以 100Mb/s 的速度壓縮的 2000 個檔與原始 2K 素材“視覺上相同”。此外,基於小波的 JPEG 2000 壓縮不會干擾最終的(通常基於DCT)廣播格式。 


最後但並非最不重要的一點是,一些標準詳細規定了如何 JPEG 2000 視頻流應封裝在許多廣泛採用的容器中,例如 MXF 或 MPEG-2 TS。 

專業無線視頻傳輸 

圖2.對無損或有損壓縮的支援為廣播公司提供了更多選擇。

無線傳輸經常面臨提高其廣播魯棒性的挑戰。未壓縮的高清無線傳輸通常被視為複雜,因為即使可以通過無線方式進行1080p60傳輸(3Gb/s),也很難向數據流添加必要的FEC和加密。在市場上可用的所有壓縮演算法中, JPEG2000 被視為最佳競爭者之一,原因如下。 JPEG 2000 本質上比 MPEG 編解碼器更具容錯能力。可以配置代碼流,以便將最重要的數據(最低頻率的數據包含最具視覺意義的資訊)放在前面,而連續更高頻率、不太重要的數據可以放在後面。使用適當的FEC技術,可以保護較低頻率的數據,而對較高頻率的數據可以應用較少的保護,因為較高頻段的誤差對顯示的圖像質量的影響要小得多。此外,與貢獻類似,低延遲 JPEG 對於使用基於長GOP編碼的MPEG系統的無線系統來說,2000幾乎是不可能的。 

長期保存 

廣播公司和視頻檔案工作者正在尋找磁碟上的長期數位保存。在大多數情況下,源材料不是數位材料,而是需要掃描的膠片或高品質的模擬錄像帶。因此,必須選擇目標數位格式。 


關鍵要求通常包括降低未壓縮視頻的存儲成本,同時仍保持無限期保護,防止丟失或損壞。此外,該格式最好能夠利用數位化內容,這意味著提供靈活性(再次是工作流程)和安全性。由於這些原因,一些研究和用戶報告聲稱 JPEG 2000年成為音像檔案的編解碼器。 


幾個原因使 JPEG 2000 年 音像存檔的首選編解碼器: 


•這 JPEG 2000標準可以與兩種不同的小波濾波器一起使用:不可逆的9/7小波濾波器和完全可逆的5/3小波濾波器。5/3 小波濾波器提供純數學無損壓縮,可將存儲需求平均降低 50%,同時仍允許恢復精確的原始圖像資訊。9/7 小波濾波器可以在有損或視覺無損模式下編碼。 


• 允許代理提取的可擴充性,多個品質層,對於簡化用戶端瀏覽和檢索或轉碼和流式傳輸具有極大的興趣。 


• JPEG 2000 是一個開放標準,支持各種解析度、顏色深度、元件數量和幀速率。 


• JPEG 2000 是免許可和版稅的。 

未來 

一些舉措正在推動行業超越今天的高清:NHK Super Hi-Vision,也稱為8K和UHDTV,James Cameron和Peter Jackson的Higher Frame Rates in Cinema計劃(高達120fps),16位色深以及現在提供4K技術的眾多製造商。 


對高效編解碼器的需求在行業中獲得了極大的吸引力。的未來 JPEG 2000 是明亮的,因為它是一個開放標準,需要更少的功率,在硬體實現中消耗更少的空間,並且通常提供比其他編解碼器更大的可擴展性、靈活性和視覺品質。越來越多的製造商、廣播公司和製作人正在使用 JPEG 2000年實施,使當今行業適應這些新挑戰。 


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