文章更新於 2023 年 10 月
讓我們與我們的壓縮技術專家Antonin Descampe進行一些交談！
Antonin Descampe是聯合創始人 intoPIX 和成員 JPEG 自2005年以來的委員會。他會的解釋如何 JPEG XS技術與其他編解碼器不同以及有哪些優點 JPEG XS 與其他現有編解碼器的比較。
什麼 JPEG XS以及它與XS有何不同 JPEG 2000， 運動 JPEG 與各種 MPEG 標準 ？
兩者之間的主要區別 JPEG XS 和現有編解碼器 JPEG，MPEG或其他標準化委員會認為壓縮效率不是主要目標。而其他編解碼器主要關注其壓縮效率，而忽略延遲或複雜性， JPEG XS解決了以下問題：「我們如何最終取代未壓縮的視頻？
目標 JPEG XS時因此，允許提高解析度、幀速率和流數量，同時保護未壓縮流的所有優點，即互操作性、視覺無損品質、多代魯棒性、低功耗、編碼和解碼低延遲、易於實現、片上小尺寸（無需額外的 DDR 記憶體晶片）以及在通用上運行的快速軟體 CPU 和 GPU.
沒有其他編解碼器 可以同時滿足這組強要求。因此，它可以在各個方面與未壓縮的「競爭」 和
顯著減少頻寬/視頻數據。
我們如何最終取代未壓縮的視頻？
什麼樣的壓縮是合理的 JPEG XS以及高清，4K或8K視頻的壓縮選擇是什麼 JPEG XS？
簡而言之，我們可以說視覺無損品質的典型操作點 JPEG XS約為10：1。
但是，在確定最大壓縮比時，請務必考慮解析度和內容類型。例如，對於給定的品質水準，天然內容通常會達到更高的壓縮比。
此外，「視覺無損品質」也可能意味著不同的質量水準。在其發展過程中， JPEG XS已根據最嚴格的質量評估程式（ISO/IEC 29170-2，“視覺無損編碼的評估程式”）進行了測試，尋求保證原始圖像和壓縮圖像之間“無法區分的閃爍”的閾值 - 這種措施通常被稱為“視覺透明度”。
根據我們的測試，包括不同類型的內容（螢幕內容、計算機生成圖像 （CGI） 和自然圖像），我們定義了下表。表中較低的壓縮比特率定義了通常使用自然內容的用例，而較高的範圍定義了 更複雜的內容或需要完全視覺透明度的用例。
| 格式 | XS比特率（低至1bpp） | IP 網路和SDI映射 |
| 高清 720p60 高清 1080i60/p30 | 70 - 195 Mbps | 5 到 14 個流 1GbE 50 到 140 個流超過 10 個 GbE |
| 高清 1080p60 | 150 - 390 Mbps | 2 到 6 個流 1GbE 25 到 66 個流超過 10 個 GbE |
| 4K 2160p30 | 250 英里/秒 - 750 英里/秒 | 1 到 4 個流超過 1 GbE 3 到 10 個超過 2.5 的流 GbE 13 到 40 個流超過 10 個 GbE |
| 4K 2160p60 | 500 Mbps - 1，4 Gbps | 1 到 2 個流超過 1 GbE 1 到 5 個流超過 2.5 GbE 7 到 20 個流超過 10 個 GbE 單台 3G-SDI / 單台高清標清 |
| 8K 4320p60 | 2 Gbps - 5，6 Gbps | 1 個超過2.5的流 GbE 1 到 5 個流超過 10 個 GbE 單通道 3G-SDI / 單通道 6G-SDI / 單通道 12G-SDI |
| 8K 4320p120 | 4 Gbps - 12，8 Gbps | 1 到 2 個流超過 10 個 GbE 單通道 6G-SDI / 單通道 12G-SDI |
JPEG XS專門針對高端視頻應用，如廣播、廣播貢獻、虛擬實境應用等。為什麼 JPEG XS而不是H.264或H.265？
視頻應用，如廣播、廣播貢獻、虛擬實境應用......需要MPEG-4 AVC / H.264或HEVC / H.265不提供的功能。
JPEG XS的複雜性要低得多 比任何像 MPEG 這樣的幀間編解碼器。它導致更便宜的實施，一個微小的 FPGA 佔用空間，無需將幀存儲在額外的 DDR 記憶體晶片中。它還在編碼器和解碼器之間具有更平衡的複雜性，使其更適合具有相同數量的編碼器和解碼器的環境。MPEG-4 AVC / H.264編碼器比解碼器複雜得多。
就延遲，在 live 具有多個編碼和解碼步驟的生產工作流程將導致數秒的編譯延遲。 JPEG XS具有微秒級延遲，因此可以在整個過程中運行 live 生產工作流程甚至不會引起單個 MPEG-4 AVC / H.264 編碼-解碼步驟的延遲。儘管我們需要 H.265 進行最後一英里的分發給消費者，但我們盡量避免在分發之前生產工作流中出現任何額外的延遲。除了廣播，應用程式 JPEG XS目標需要即時傳輸，例如自動駕駛系統，KVM擴展，VR / AR設備,...超過100毫秒的延遲將使這些應用程式無法使用（或者在自動駕駛汽車的情況下甚至會導致碰撞）。 JPEG 對於組合編碼和解碼，XS遠低於此度量值，小於1毫秒。
事實上 JPEG XS不僅針對高端視頻應用，而且適用於當前使用未壓縮視頻的任何地方，並且需要保持高品質水平，同時希望提高效率 - 誰不希望呢？因此，人們也非常關注消費電子產品，例如行動裝置，汽車，電視和其他螢幕等。
狀態如何 JPEG XS標準化流程？
關於標準化進程本身的狀況， JPEG XS由5個部分組成，所有部分都出版了第一版。
第1部分（核心編碼系統）與實際的壓縮演算法相關，而第2部分（配置檔和緩衝區模型）定義了幾個配置檔，這些配置檔可被視為適合特定應用程式或內容類型的操作點。在第3部分（運輸和容器格式）和其他標準化活動中，指定了各種檔格式和傳輸格式，允許存儲或流式傳輸一種或多種 JPEG XS代碼流（見下表）。第 4 部分（一致性測試）和第 5 部分（參考軟體）處理與一致性測試和參考軟體相關的所有內容，以支援和指導實施者開發合規 JPEG XS產品。
自第一版出版以來 JPEG XS標準，重點 JPEG 委員會進一步增強和改進XS，以支援新功能和用例。最值得注意的是開發專門用於壓縮彩色濾光片陣列（CFA）數據的新編碼工具，通常稱為拜耳模式。 這些新工具將使 JPEG XS甚至更適合涉及圖像感測器數據壓縮的用例，例如汽車行業或專業相機中的用例。 此外，還提供了新的配置檔以支援 4：2：0 色度採樣和數學無損壓縮。最初，這些新的發展計劃作為對第1部分和第2部分的修訂，但是這一決定被改變，有利於完整的第二版 JPEG XS（所有五個部分）。
除了這個過程之外，標準機構和工業組織（如AIMS，VSF， SMPTE, TICO Alliance、IETF 等。在最後 IP Showcase 在 NAB 有一個關於 JPEG XS在ST2110-22中。一些廣播供應商已經發佈了他們的實施，或者正在他們即將推出的產品中實施。
| 專案 | 描述 | 現狀 | 筆記 |
|---|---|---|---|
| ISO/IEC 21122-1 | 第 1 部分：核心編碼系統 | 第 2版 ，2022 年出版 | 第 3版 計劃於 2024 年第二季度推出 |
| ISO/IEC 21122-2 | 第2部分：配置檔和緩衝區模型 | 第 2版 ，2022 年出版 | 第 3版 計劃於 2024 年第三季度舉行 |
| 國際標準化組織/國際電工委員會 21122-3 | 第 3 部分：運輸和容器格式 | 第 2版 ，2022 年出版 | 第 3版 計劃於 2024 年第三季度舉行 |
| 國際標準化組織/國際電工委員會 21122-4 | 第 4 部分：一致性測試 | 第 2版 ，2022 年出版 | 第 3版 計劃於 2024 年第三季度舉行 |
| 國際標準化組織/國際電工委員會 21122-5 | 第 5 部分：參考軟體 | 第 2版 ，2022 年出版 | 第 3版 計劃於 2024 年第三季度舉行 |
| IETF RFC 9134 | JPEG XS RTP 有效負載 | 獲得IETF有效載荷工作組的批准 | 發表 |
| SMPTE ST 2110-22 | ST 2110 中的壓縮精華 | 發表 | 發表 |
| ISO/IEC 13818-1：2019/AMD1 | MPEG-2 傳輸流 （TS） 包裝器 JPEG XS時 | 發表 | 發表 |
| SMPTE ST 2124 | MXF 包裝器 JPEG XS時 | 發表 | 發表 |
| VSF TR-07 | 關於以下方面的技術建議 JPEG 基於 MPEG-2 TS 的 XS（SMPTE 2022-2） 通過視頻服務表格 | 發表 | 發表 |
| VSF TR-08 | 關於以下方面的技術建議 JPEG XS結束 SMPTE 2110 通過視頻服務表格 | 發表 | 發表 |
| 安瓦 BCP-006-01 | AMWA NMOS 與 JPEG XS時 | 出版 （2023） |
*2021 年 7 月更新的 D 和時程表
我們希望這會讓您更好地瞭解 JPEG XS技術及其相對於其他編解碼器的優勢。如果您想了解有關 JPEG XS技術，我們很樂意與您討論！
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