數字電影與ＪＰＥＧ２０００

[摘要]數字電影的編碼標準是JPEG2000，它比傳統的MPEG-2碼技術有：著：巨大的。優勢。

[關鍵詞]JPEG2 000 數字電影

1、引言

數字電影(DIGITAL FILM)的誕生是繼電影從無聲到有聲、從黑白到彩色的電影技術發展的第三次革命。數字電影是指將電影攝影、編輯和放映等全過程用數字格式統一起來。與傳統電影相比，整個過程將完全摒棄電影膠片。最后放映采用DLP方式(Digital LightProcessing)的投影機。從技術上來講，國外用得最多的叫法也就是DIGITAL CINEMA，而用中文翻譯過來，就成了數字影院。

2、數字電影的優勢

數字電影技術覆蓋了從采集到攝制、傳輸、存儲和顯示的一系列技術和系統。數字電影與傳統電影具有以下主要優勢：

(1)可以避免膠片因光源照射導致的老化、褪色，確保影片永遠光亮如新。

(2)數字電影最大的好處就是可以大大節省電影發行的費用和時間。數字電影可以通過衛星、高速互聯網等方式傳輸，從而省去了傳統膠片拷貝發行的成本，電影公司可以直接通過網絡向影院和個人發行電影。

(3)數字電影可以提供更高分辨率的圖像和更好的音效。現在流行的數字電影清晰度分為兩級：最低2k，2048×1080像素。每秒24幀或48幀：高端4k，4096×2160像素，每秒24幀。

3、新一代圖像壓縮標準——JPEG2000

數字電影之所以能征服億萬電影觀眾，靠的是以令人難以置信的卓越的圖像質量。高清電影是數字電影的發展趨勢。對于高清數據，如果采用無壓縮存儲，數據量大得驚人。例如，1920×1080／50i采樣深度為8bit的無壓縮碼流。1h的存儲量接近500Gbyte。如此巨大的存儲量使得高清系統的存儲設備花費不菲。因此。必須選擇一種高質量的壓縮技術對高清原始數據壓縮后再存儲，2004年8月，好萊塢數字電影推廣組織CI(DigitalCinema Initiatives)出臺了4.1B版本數字電影技術規范。采用JPEG2000作為數字傳送所有電影的標準格式。

新一代圖像壓縮標準JPEG2000采用離散小波變換與優化截斷嵌入式塊編碼相結合的先進壓縮技術。在目前的圖像壓縮領域占據領先地位，在編碼效率和復原圖像質量上均遠優于傳統的JPEG算法。

JPEG2000與傳統的JPEG相比有如下的優點：

(1)JPEG2000能實現無損壓縮(Loseless Compression)，在實際應用中。有一些重要的圖像，如衛星遙感圖像、醫學圖像、文物圖像等，通常需要進行無損壓縮。

(2)JPEG2000還具有誤差穩定性好(Robustness to Bit Error)。

(3)JPEG2000能實現漸進傳輸(Progress‘we Transmission)。

(4)JPEG2000的另一個重要優點是ROI(Region of Interest，即感興趣區域)。可以指定感興趣區域，在這些區域，可以在壓縮時指定特定的壓縮質量，或在恢復時指定特定的解壓縮要求。

4、Jpeg2000與Mpeg-2壓縮技術比較

MPEG-2制定于1 994年，設計目標是高級工業標準的圖象質量以及更高的傳輸率。MPEG-2所能提供的傳輸率在3-10Mbits／sec間，其在NTSC制式下的分辨率可達720X486。MPEG-2也可提供并能夠提供廣播級的視像和CD級的音質。目前市場上面向視頻制作播出的高清視頻服務器多數采用的是基于DCT變換的MPEG-2幀內壓縮技術。例如Avid公司的MediaStream視頻服務器，GVG公司的K2服務器系統，SeaChange的MediaCluster視頻服。

MPEG-2壓縮技術在高清系統應用中也存在如下問題：1)輸出碼率很高的情況下，MPEG-2幀內壓縮效率不夠理想：2)不支持無損壓縮技術，不能滿足圖像質量要求苛刻的場合：3)不提供實用的可分級功能。即對于同一段素材內容，如果需要多種不同的碼率來滿足不同需求。需要多次采集分別存儲，由此造成了存儲資源的浪費和素材管理困難等問題。

在數字電影中采用J P EG 2000較MPEG-2具有很多優勢，主要如下：

(1)對于高清(HD，High Definition)以及更高分辨率格式的圖像，當比特率超過100Mb／s時。JPEG2000能夠提供比MPEG-2更加清晰的圖像質量：而對于高清格式的MPEG-2影片，當碼率超過100Mb／s時。碼率增大對圖像質量的改進很數字技術小，因而通常將比特率為100Mb／s的JPEG2000編碼作為視覺無損的參考基準，這時不會感覺到存在圖像失真。

(2)JPEG2000本質上是基于幀的編碼，只進行幀內壓縮、不進行幀間壓縮，在數字電影中采用無損方式，因而不存在信息損失：而MPEG-2在進行多幀(15幀以上)壓縮時。雖然能夠提供更高的壓縮效率，但存在信息損失。

(3)MPEG-2標準中不支持2048×1080圖像格式，更不支持4096×2160圖像格式，因而不能處理2K／4K圖像。

(4)JPEG2000標準中采用離散小波變換(DWT)代替了MPEG-2中所采用的離散余弦變換(DCT)，因而克服了當圖像壓縮比較小時出現的方塊效應－即馬賽克效應(它會使DCT分塊圖像的邊緣出現模糊現象)。

(5)采用MPEG-2標準需要向MPEG—LA組織交納專利費，而數字電影所采用的JPEG2000的第一部分(即核心編碼系統)則免收專利費。

(6)JPEG2000支持嵌入式碼流，它可實現圖像從有損到無損的漸進解碼，同時也支持圖像分級結構。即在解碼端可以從碼流中以任意的圖像質量和分辨率來解壓縮圖像。因而它支持在2K／4K數字放映系統中解碼還原出相應的2K／4K節目流。

(7)DCI數字影院系統規范中將不支持數字電影采用HD MPEG-2方式進行壓縮編碼，因而將來好萊塢很可能不會發行基于MPEG-2編碼方式的影片。

5、結語

JPEG2000作為數字電影技術標準。與傳統的MPEG-2壓縮技術相比，有著巨大的優勢。可以預見，今后數字影院系統必然會實現全部JPEG 2000的編碼要求。