JPEG2000 - Joint Photographic Experts Group 2000

JPEG ist zwar ein, vor allem auch im Internet, sehr häufig verwendetes Format, allerdings ist der Standard mittlerweile nicht mehr auf dem aktuellen Stand der Technik. Es gibt inzwischen neuere, bessere mathematische Verfahren zur Bilddatenkompression. Da die Rechnerleistung sich ebenfalls stetig bessert und die Computer daher aufwändigere Berechnungen durchführen können, kommen solche Kompressionsverfahren heute mehr und mehr zum Einsatz. Der größte Nachteil bei JPEG sind die, besonders bei mittleren und hohen Kompressionsraten auftretenden Blockartefakte. Daher sollte mit JPEG2000 eine verbesserte Version eingeführt werden, die bessere Qualität mit höherer Kompression verbindet, und auch die verlustfreie Verarbeitung von Schwarz-Weiß-Bildern ermöglicht.

JPEG 2000 ist eine Weiterentwicklung des JPEG-Formates, das zum einen Nachteile von JPEG, wie die Bildung von Blockartefakten, eliminieren bzw. abschwächen, zum anderen eine höhere Kompression verbunden mit besserer Qualität erlauben sollte.
Weiters sollte das verbesserte Format sich auch zur Verarbeitung von Schwarz-Weiß-Bildern, Computer-Grafiken und ganze Dokumente mit Text und Bilddateien eignen, was vom klassischen JPEG nicht unterstützt wird.
Seit 1996 arbeiteten zwei Gruppen internationaler Experten an einem neuen Industrie- Standard zur Kodierung von Farb- und Graustufenbildern. Erste Entwürfe lagen im Sommer 1997 vor, die 1999 zu einem Committee Draft verabschiedet wurden.
Daraufhin wurde ein internationaler Wettbewerb ausgeschrieben, in dem nach den besten Algorithmen zur Wavelet-Kodierung gesucht wurde. Der Gewinner sollte keinen Preis erhalten, sondern seinen Algorithmus kostenlos zur Verfügung stellen. Im Sommer 2000 wurden die genauen Spezifikationen übergeben. Die Bezeichnung des neuen Standards lautet "JPEG 2000 Image Coding System". Im Jahr 2001 wurde das Format JPEG 2000 von der ISO (International Organisation of Standardization) zum Standard erklärt.

Das Format ist intern in so genannte Boxes strukturiert. Boxes sind Einheiten in der Datei mit jeweils spezifischen Informationen. Die Grundstruktur enthält drei Boxes:

Grundstruktur einer JPEG2000-Datei

Die Signature Box wird zu Identifizierung der Datei benötigt, die Header Box enthält alle wichtigen Informationen zum Bild wie z.B. Farbdefinition, Verfasser, lizenzrechtliche Hinweise. Die Contiguous Codestream Box enthält die komprimierten Bilddaten.

Grundlage der JPEG 2000-Komprimierung sind Wavelet-Algorithmen, die mit Hilfe von Hoch- und Tiefpassfilter feine und grobe Bildstrukturen filtern. Im Vergleich dazu wird beim klassischen JPEG das Bild, mittels der DCT-Methode, in einzelne Blöcke zerlegt und dann komprimiert.

Ein Bild wird mit Hilfe von Filtern abgetastet und die gefundenen Frequenzen als mathematische Funktionen abgespeichert. Das Ergebnis der Transformationen sind Wavelet-Koeffizienten, die das Bild in verschiedenen Auflösungen beschreiben.

Die Anordnung der komprimierten Daten ermöglicht einen gezielten Zugriff auf verschiedene Auflösungs- und Qualitätsstufen ohne dass zuerst das gesamte Bild dekomprimiert werden muss. Hierzu wird das Bild in so genannte Tiles unterteilt, die jedoch nicht mit den Blöcken beim klassischen JPEG verwechselt werden dürfen. Verschiedene Layer repräsentieren die Qualitätsstufen eines Bildes. Weiters können so genannte Regions of Interest (ROI) festgelegt werden, die mit höherer Qualität komprimiert werden als andere Teile des Bildes. Die Tiles und Layer ermöglichen im Internet eine progressive Dekompression. Bei der Übertragung wird von Anfang an das gesamte Bild gezeigt, allerdings werden die Details erst nach und nach verfeinert. Liegt das Bild in einer höheren Qualität vor als gewünscht, muss nicht die gesamte Datei geladen werden sondern nur der benötigte Teil.

Da in Photoshop CS noch nicht als JP2 gespeichert werden kann (erfordert ein kostenpflichtiges Plugin), kann der Speicherdialog hier noch nicht gezeigt werden.

JPEG 2000 unterstützt bis zu 256 Farbkanäle und kann damit RGB und CMYK-Daten gleichzeitig speichern. Weiters unterstützt es neben den so genannten Meta-Daten wie Datum, Copyright-Vermerke, Autor, etc. auch einen Kopierschutz mittels digitalem Wasserzeichen. Generell bietet JPEG 2000, verglichen mit dem Vorgänger JPEG hohe Kompressionsraten bei guter Qualität.

Ein Nachteil an JPEG 2000 ist, dass es noch nicht, wie von vielen Anwendern erhofft, Transparenzen und Animationen unterstützt. Weiters kann es noch nicht von vielen Anwendungen gelesen werden beispielsweise beötigt man für die aktuelle Version von Photoshop, Photoshop CS, ein extra Plugin. Diese Tatsache wird sich aber in Zukunft ändern.

Der Anwendungsbereich hat sich bei JPEG 2000 gegenüber zu JPEG erweitert. Es wird nach wie vor häufig im Internet und für fotorealistische Bilder eingesetzt, allerdings unterstützt das neue Format auch die Anwendung bei Computergrafiken, Schwarz-Weiß-Bildern, sowie Dokumenten mit Bilddaten und Text.