JPEG 2000 年,从主服务器到存档

01.04.10 01:06 pm 通过 Nils Finger

编解码器为广播公司提供了有用的功能。

作者:Jean-Baptiste Lorent和François Macé - 2010年4月

今天的广播公司正在寻找最高的图像质量、灵活的传输格式、交互式视频传输和工作流程的互操作性和标准化的配置文件。他们还对通用的高端格式有兴趣,以存档、保存和货币化全球范围内产生的视频录像的雪崩式增长,这也是他们的既得利益。这就是快速采用 JPEG贡献链中的2000个压缩。2010年采用了标准化的广播简介,以满足当前的行业需求(见《中国广播网》)。JPEG2000年第1部分修正案3---广播应用配置文件---ISO/IEC 15444-1:2004/Amd3),确保了这一基于小波的编解码器在贡献中的基准地位。 


同时,这些广播格式也满足了整个行业对压缩标准的需求,以归档和创建夹层格式,允许转码到各种媒体分发渠道。正在进行的基于2000个配置文件的互操作主格式(IMF)的标准化进程,使其采用的过程成为一个完整的循环。 


美国国会图书馆、法国国家视听学院(INA)和几个好莱坞制片厂都选择了这种编解码器来长期保存一个世纪的视听内容。 


JPEG2000有别于其他视频编解码器。MPEG和其他基于DCT的编解码器都是为了优化压缩效率,通过有限的带宽将视频通过管道传输给观众。 JPEG2000凭借其小波变换算法,带来的功能不仅是图像压缩效率,而且在整个图像处理链中给用户带来了更好的控制和灵活性。该编解码器提供了其他压缩方式所不具备的独特功能。 

聚光灯下的JPEG2000

JPEG2000基于离散小波变换(DWT),使用标量量化、上下文建模、算术编码和后压缩率分配。 JPEG2000提供了每个子带中的块级随机访问(即涉及到最小的解码),因此可以对一个区域、一个低分辨率或低质量的图像版本进行解码,而不需要将其作为一个整体进行解码。 


JPEG2000是真正的功能改进,在一个集成的算法中提供了无损和无损压缩、逐行和可解析码流、抗错误能力、兴趣区域(ROI)、随机访问等功能。(见图1)。 


在视频应用中,JPEG2000是作为帧内编解码器使用的,因此,它与视频的每一帧都被当作一个单元来处理的生产工作流程密切相关。在好莱坞,其逐帧压缩的能力使得这种技术在数字中间编码中很受欢迎。如果压缩的目的是为了传播精华,不需要进一步的编辑,通常会首选long-GOP MPEG的格式 。  

广播过程

图1.许多分辨率和不同画质的文件都可以从一个JPEG2000的主画面中得到。

JPEG2000为广播过程带来了宝贵的功能,包括摄录、转码、字幕、质量控制或音轨管理。其固有的特性使编解码器完全有资格创建高质量的中级母带。 


后期制作工作流程包括几个编码/解码周期。 JPEG 2000在整个过程中保留了最高质量,不会产生任何阻塞伪影。此外,该技术支持所有常见的比特深度,无论是8位、10位、12位或更高的比特深度。 


JPEG2000可以将图像以有损压缩,以及视觉或数学上的无损模式进行压缩,用于各种应用。(见图2.)以有损压缩、视觉或数学无损模式进行压缩,适用于各种应用。此外,它的可扩展性使得 "一次创建,多次使用 "的方法能够为广泛的用户平台提供服务。 


该技术还可以改善编辑工作。即使在最高的比特率下,其固有的灵活性使其在笔记本电脑和工作站编辑系统上非常友好,全比特率实时视频轨数有限。计算硬件的改进必然会增加实时层数。 


由于JPEG2000是一个帧内编解码器,这可以防止错误在多帧上传播,并允许在编辑或其他目的的视频信号在任何一点上切割。  


易于转码对高端应用有很大的吸引力,在这些应用中,工作流程从转码到中间版本中受益匪浅。 JPEG2000确保了在比特率较高的情况下,能确保干净、快速的操作。专业观看者对正确转码的1080p进行了标注。 JPEG2000文件以100Mb/s的速度压缩,与原始的2K镜头 "视觉上完全相同"。此外,基于小波的 JPEG2000压缩不会干扰最终的--通常是基于DCT的--广播格式。 


最后但并非最不重要的是,有几个标准详细规定了2000视频流应该如何封装在MXF或MPEG-2 TS等广泛采用的容器中。 

专业的无线视频传输 

图2. 支持无损压缩或有损压缩,使广播公司有了更多的选择。支持无损或有损压缩,为广播公司提供了更多的选择。

无线传输经常受到挑战,如何提高其在广播中的鲁棒性,是个难题。非压缩的高清无线传输通常被认为是复杂的,因为即使是1080p60的无线传输(3Gb/s),要在数据流中加入必要的FEC和加密也是相当困难的。在市场上现有的所有压缩算法中,JPEG2000被认为是最主要的竞争者之一,原因如下。 JPEG与MPEG编解码器相比,2000在本质上更具有抗错误能力。编解码流可以被配置成最重要的数据(最低频率的数据包含最重要的视觉信息)被放在前面,而相继的频率较高,不那么重要的数据可以放在后面。使用适当的FEC技术,低频数据可以得到保护,而较低频率的数据可以得到较少的保护,因为较高频段的错误对显示的图像质量的影响要小得多。另外,与贡献类似,低延迟的 JPEG2000是使用基于长GOP编码的MPEG系统的无线系统几乎不可能做到的事情。 

长期保存 

广播公司和视频档案管理员都希望在磁盘上进行长期的数字保存。在大多数情况下,源材料不是数字格式,而是需要扫描的胶片或高质量的模拟录像带。既然如此,那么就必须选择一个目的数字格式。 


关键要求通常包括降低未压缩视频的存储成本,同时仍然保持无限期的保护,防止丢失或损坏。此外,该格式最好能使数字化内容得到利用,这意味着提供灵活性--工作流程再次--和安全性。由于这些原因,一些研究和用户报告声称JPEG 2000是视听存档的编解码器。 


有几个原因使JPEG 2000年成为视听存档的首选编解码器。  


JPEG- 2000标准可以使用两种不同的小波滤波器:不可逆的9/7小波滤波器和完全可逆的5/3小波滤波器。5/3小波滤波器提供了一种纯数学上的无损压缩,可使存储需求平均减少50%,同时仍可恢复准确的原始图像信息。9/7小波滤波器可以在有损或视觉无损模式下进行编码。  


- 允许代理提取、多质量层的可扩展性,对于方便客户端的浏览和检索或转码和流媒体,具有巨大的利益。 


-JPEG  2000是一个开放的标准,支持各种分辨率、色彩深度、分量和帧率。  


- JPEG 2000年是免许可费和版税的。  

未来 

有几项举措正在推动行业超越现在的高清:NHK Super Hi-Vision,又称8K和UHDTV,詹姆斯-卡梅隆和彼得-杰克逊提出的 "电影院中的更高帧率 "计划(最高可达120fps),16位色彩深度,以及现在众多厂商提供4K技术。 


对高效编解码器的需求在行业中获得了巨大的吸引力。未来的 JPEG2000是光明的,因为它是一个开放的标准,需要更少的电源,在硬件实现上消耗更少的空间,一般来说,与其他编解码器相比,具有更大的可扩展性、灵活性和视觉质量。越来越多的制造商、广播公司和制片人正在使用 JPEG2000年的实施,以适应今天的行业,使之适应这些新的挑战。 


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