JPEG XS的诞生背景
当前视频行业呈现两大显著发展趋势：其一，分辨率持续提升至 4K 乃至 8K，结合更高动态范围（HDR）技术，使图像数据量与带宽需求呈爆发式增长；其二，行业正逐步摆脱 SDI 等专用布线与基础设施，转向基于以太网的通用信息技术架构。
在此背景下，视频行业（特别是广电领域）优先考虑采用用于远程生产的千兆以太网链路或用于内部工作室的万兆以太网链路作为基础设施，25、40或100 GE链路的成本通常难以负担。为应对这一现实挑战，轻量级压缩技术成为行业焦点——它能在不同代际的基础设施与协议之间搭建平滑过渡的桥梁。理想的轻量级压缩方案需在提升分辨率、帧率及流数量的同时，保留未压缩流的全部优势，包括高度互操作性、视觉无损质量、低功耗、编解码低延迟、易于实现、芯片尺寸小巧以及可在通用 CPU 上高效运行等特性。正是在这样的行业需求驱动下，JPEG 委员会标准化了轻量级编解码器 JPEG XS。
JPEG XS作为具备互操作性的低延迟轻量级编码系统，可在各类音视频（AV）市场中作为夹层编解码器，提供视觉无损的图像压缩能力。其目标应用广泛覆盖广电领域、专业视频链路（SDI/以太网）传输、实时视频存储、AR/VR视频连接，以及相机和汽车行业的图像传感器数据压缩等场景。
图1.JPEG XS在IP传输中的典型应用
JPEG XS 的算法原理
图2.JPEG XS编码过程
JPEG XS编码算法的核心是以下三个步骤，JPEG XS的压缩效果主要是由DWT和量化产生，通过调整量化步长，可以精准的实现码率控制。
去相关变换：采用离散小波变换（DWT）实现能量压缩，有效降低图像数据的冗余度。
码率控制：通过精细化的码率控制算法动态调节量化值，精准实现指定码率输出。
熵编码机制：对每个编码组的最高位平面执行熵编码，并针对全零重要性组进行专门编码，进一步提升压缩效率。
图3.JPEG XS的四种配置（工作模式）
JPEG XS 的核心技术特性
超低延迟：算法规范明确限制最大延迟不超过 32 行，满足实时交互场景需求。
卓越画质：实现 6-10 倍压缩比的同时保持视觉无损效果，完美保留原始图像细节。
低计算复杂度：在 CPU 上运行速度快，在 FPGA 中占用逻辑资源少，易于部署。
轻量化存储需求：无需大容量外部缓存（如 DDR3/4/5），降低硬件成本与系统复杂度。
多代稳定性：经过多次编解码迭代后，画质仍无明显下降，确保多环节处理的质量一致性。
恒定码率输出：可与 ST2110 标准无缝结合，实现 AV-over-IP 的稳定传输。
跨平台兼容性：能够在 CPU、GPU、FPGA、ASIC 等多种平台上高效实现，且大部分计算过程支持并行化处理，适配不同硬件架构。
完备标准化体系：在编解码标准、IP 流化传输标准、文件容器封装标准等方面，均已由 ISO/IEC 及 SMPTE 等权威机构完成国际标准的定义与发布，保障行业应用的规范性与统一性。
JPEG XS 的典型应用场景
JPEG XS 作为当前未压缩视频的理想替代技术，专门针对现场制作、广播/数字影院工作流、专业音视频（Pro-AV）市场、虚拟现实（VR）游戏及传感器数据压缩等场景的需求设计，典型应用包括：
广电领域：超高清信号的实时传输与制作对音视频信号质量、时延及带宽利用率要求极高。在综艺、大型赛事等场景的超高清多通道录制中，前端摄像机基于 JPEG-XS 编码传输，收录设备可直接适配前端的 SMPTE-2110-22 IP 流，实现视频信号的文件化处理，无需二次编码，大幅降低音视频特性损耗与系统复杂度，显著提升超高清集约化收录能力。目前，基于 JPEG-XS 的 4K/8K 制播全程 IP 化解决方案已在广电领域实际业务中实现大规模部署。
Pro-AV 市场：JPEG XS 是构建 AV-over-IP 解决方案的核心技术之一。其压缩方案已被 SMPTE-2110 标准采纳，作为第 22 号子标准（SMPTE-2110-22：恒定比特率压缩视频流），该标准明确了在 ST-2110 框架下实现压缩恒定码率视频流 IP 传输的方法及推荐压缩编码方案。
实时视频存储：高分辨率视频流的存储需要轻量级压缩技术支持，以便在成本较低的存储设备上实现实时写入，同时保持高画质。例如，相机的内部存储（如 SSD 驱动器、SD 卡）容量与访问速率有限，JPEG XS 可在不损失画质的前提下提升存储效率；在视频传输过程中，其技术特性确保多次编解码循环后的质量与单次压缩解压效果一致。
VR/AR 应用：虚拟与增强现实头戴式显示器为实现沉浸式体验，需具备超过 800 万像素、每秒 90 帧的分辨率，这要求编码方案具备极低延迟，以确保动作与显示的紧密同步，JPEG XS 完美满足这一需求。
传感器压缩：随着人工智能与数字化应用的普及，工业环境中图像传感器的应用日益广泛。JPEG XS 为工业网络中的图像序列传输提供了高效解决方案，例如在汽车行业，高分辨率、高帧率图像传感器的应用持续增加，这些传感器通常采用 Bayer 模式捕捉图像，需以极高响应速度处理数据（即极低延迟），而经 JPEG XS 压缩的图像在车内传输可有效降低功耗与数据连接复杂度。
五、北格逻辑的 JPEG XS IP 优势
北格逻辑凭借深厚的 FPGA 技术积累及在音视频领域的长期深耕，始终致力于为视频行业提供高质量的视频 / 图像处理类 IP，我们的 JPEG XS IP 具备以下核心优势：
深度优化，资源精简：JPEG XS在 FPGA 平台上经过深度资源优化，在消耗更少 FPGA 资源的同时，可运行更高的时钟主频。
商用级品质，稳定可靠：IP 经过充分验证，达到商用级高质量标准，同时提供完善的 demo 演示环境。
本土化服务，响应迅速：拥有专业的本土化技术团队，可提供更高效的技术支持与定制化服务。
定制化能力强：可针对指定 FPGA 型号与技术规格（如分辨率、帧率等）提供 IP 定制服务，并支持国产 FPGA 平台。
六、北格逻辑的 JPEG XS IP 关键技术指标
标准版本性能支持 4K60，分辨率与帧率可根据需求定制；
支持的颜色空间包括 RGB、YUV444、YUV422；
色深支持 8、10、12 位；
支持 1-10 倍压缩比动态调整，保持视觉无损效果；
端到端编解码延迟低于 32 行；
支持小波级数配置，垂直方向最大两级，水平方向最大 5 级；
兼容全系编解码复杂度：Light_subline Profiles、Light Profiles、Main Profiles、High Profiles；
编解码文件格式为.jxs。
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文章来源：北格逻辑