高吞吐量JPEG 2000在電影中的應用

(中國電影科學技術研究所,北京 100086)

JPEG 2000標準作為新一代的圖像壓縮標準自2000年正式出臺以來,憑借其優異的壓縮比、新加入的對于感興趣區域 (ROI)的支持、以及其支持漸進傳輸等優點,使得JPEG 2000標準在圖像壓縮領域取得了一定突破,在電影、互聯網、數字相機、醫療影像、數字圖書館等領域得到廣泛應用。時光荏苒、歲月如梭,JPEG 2000標準發展至今已經經歷了20個春秋。隨著用戶需求的與時俱進和視聽產品的規格標準不斷提升,JPEG 2000標準對編解碼硬件要求較高,無法在廣泛的應用領域得到推廣,發展受到限制。2020 年前后,JPEG 委員會在JPEG 2000國際標準系列 (ISO/IEC JTC 1/SC 29/WG 1)新增加了一個標準——“高吞吐量JPEG 2000”。

1 什么是HTJ2K

高吞吐量JPEG 2000 英文全稱是 High Throughput JPEG 2000,簡稱HTJ2K。該標準是JPEG 委員會在JPEG 2000 國際標準系列 (ISO/IEC JTC 1/SC 29/WG 1)新增加的一個標準。

HTJ2K 標準能夠為JPEG 2000 帶來巨大的數據量吞吐。同JPEG 2000標準相比,在采用中等壓縮比率時,HTJ2K 標準能夠提高大約10倍的數據吞吐量;而在采用無損編碼時,HTJ2K 標準可以提供超過原來30倍的數據吞吐量。HTJ2K 標準在略微降低編解碼效率的情況下,大大降低了計算的復雜程度,因此其能夠采用低成本的硬件實現。例如:4096×2160 分辨率的4K 4∶4∶4 12 比特/通道(bit/channel)即36 比特/像素 (bits/pixel)的視頻采用3.4GHz 4核Skylake桌面處理器,以2比特/像素 (bits/pixel)進行編碼時,編碼速度可超過90fps,且同一硬件對該片還可以實現超過140fps的解碼。如果相同規格的視頻內容采用目前性能處于中等水平GTX1080芯片的GPU 進行解碼,可以達到500fps。

2 HTJ2K 與JPEG 2000的關系

HTJ2K 通過引入一種新的HT 塊編碼器來實現數據的高吞吐量,對原始JPEG 2000 第1 部分(以下簡稱為J2K-1)塊編碼器進行替換,該模塊能夠轉碼到J2K-1格式,也可以從J2K-1格式轉碼還原,實現了真正可逆的轉碼。……