JBIG2

JBIG2 は、 Joint Bi-level Image Experts Groupによって開発された、 2 値画像用の画像圧縮規格です。ロスレス圧縮とロッシー圧縮の両方に適しています。同グループのプレスリリース^[1]によると、ロスレスモードでは、JBIG2 は通常、Fax Group 4の 3～5 倍、同グループが以前に発表した 2 値圧縮規格であるJBIGの 2～4 倍小さいファイルを生成します。JBIG2 は、2000 年に国際規格 ITU T.88 ^[2]として、2001 年にISO / IEC 14492 ^{[3]として発行されました。}

理想的には、JBIG2 エンコーダーは入力ページをテキスト領域、ハーフトーン画像領域、およびその他のデータ領域に分割します。テキストでもハーフトーンでもない領域は、通常、MQ コーダと呼ばれるコンテキスト依存算術コーディングアルゴリズムを使用して圧縮されます。テキスト領域は次のように圧縮されます。領域内の前景ピクセルはシンボルにグループ化されます。次に、通常、これもコンテキスト依存算術コーディングを使用してシンボルの辞書が作成され、エンコードされ、領域はどのシンボルがどこに表示されるか記述してエンコードされます。通常、シンボルはテキストの文字に対応しますが、これは圧縮方法では必須ではありません。非可逆圧縮の場合、類似のシンボル間の違い (同じ文字のわずかに異なる印象など) は無視できます。可逆圧縮の場合、この違いは、1 つの類似のシンボルを別のシンボルをテンプレートとして使用して圧縮することによって考慮されます。ハーフトーン画像は、ハーフトーンを生成するために使用されたグレースケール画像を再構築し、この画像をハーフトーン パターンの辞書とともに送信することによって圧縮できます。^{[4]全体的に、JBIG2がテキストを圧縮するために使用されるアルゴリズムは、バイナリ画像をコーディングするために}DjVuファイル形式 で使用されるJB2圧縮方式と非常によく似ています。

PDFファイルバージョン1.4以降には、JBIG2圧縮データが含まれている可能性があります。JBIG2のオープンソースデコーダーには、jbig2dec ^[5] ( AGPL )、Javaベースのjbig2-imageio ^[6] ( Apache-2 )、JavaScriptベースのjbig2.js ^[7] ( Apache-2 )、およびXpdfとPoppler ^[8] (両方ともGPL )に搭載されているGlyph & Cog LLCのデコーダーがあります。オープンソースエンコーダーはjbig2enc ^[9] ( Apache-2 )です。

通常、2 値画像は主に大量のテキストとハーフトーンデータで構成され、同じ図形が繰り返し表示されます。2 値画像は、テキスト領域、ハーフトーン領域、および汎用領域の 3 つの領域に分割されます。各領域は異なる方法でコード化されており、コード化方法については、次の節で説明します。

テキスト コーディングは、人間の視覚的解釈の性質に基づいています。人間の観察者は、2 値画像内の同じ文字の 2 つのインスタンスを区別することはできません。たとえピクセル単位で正確に一致しない場合でもです。したがって、同じ文字の各出現のビットマップを個別にコーディングするのではなく、1 つの代表的な文字インスタンスのビットマップのみをコーディングする必要があります。各文字インスタンスについて、文字のコード化されたインスタンスは「シンボル辞書」に保存されます。^[10]テキスト画像データのエンコード方法には、パターン マッチングと置換 (PM&S) とソフト パターン マッチング (SPM) の 2 つがあります。^[11]

パターンマッチングと置換（PM&S）は、より古典的なコーディング方法です。エンコーダーは、文字サイズのチャンクを分離するためにイメージセグメンテーションを実行します。個々のチャンクごとに、エンコーダーはビットマップ辞書で一致を探します。一致が存在する場合、辞書内の対応する代表ビットマップのインデックスとページ上の文字の位置をコーディングします。位置は通常、以前にコーディングされた別の文字に相対的です。一致が見つからない場合、セグメント化されたピクセルブロックは直接コーディングされ、辞書に追加されます。パターンマッチングと置換アルゴリズムの一般的な手順は、上の図の左側のブロック図に示されています。PM&S の方法は優れた圧縮を実現できますが、画像の解像度が低い場合は、プロセス中に置換エラーが発生する可能性があります。^[11]

JBIG2 は、オプションのソフトパターンマッチング(SPM)により PM&S を改良しました。同じセグメンテーションと検索が実行されますが、見つかった一致ごとに、エンコーダーは対応する辞書エントリだけでなく、実際のチャンクと辞書チャンクの違いを説明するリファインメントデータも保存します。これにより、置換エラーが大幅に削減されます。 ^{[10] [a]}辞書マッチングでは、実際の文字と辞書文字が非常に類似している必要があるため、SPM はわずかな量のデータのみを追加します。^[11]

ハーフトーン画像は 2 つの方法で圧縮できます。1 つはコンテキストベースの算術符号化アルゴリズムに似ており、テンプレート ピクセルを適応的に配置して、隣接するピクセル間の相関関係を取得します。2 つ目の方法では、ハーフトーン画像に対してデスクリーニングが実行され、画像がグレースケールに戻されます。変換されたグレースケール値は、ハーフトーン ビットマップ ディクショナリに含まれる固定サイズの小さなビットマップ パターンのインデックスとして使用されます。これにより、デコーダーは、互いに隣接するインデックス付きディクショナリ ビットマップ パターンを提示することで、ハーフトーン画像を正常にレンダリングできます。^[10]

テキスト、ハーフトーン、汎用領域を含む 3 つの領域タイプはすべて、算術符号化またはハフマン符号化を使用できます。JBIG2 は、 JPEG 2000で採用されているのと同じエントロピー エンコーダーである MQ コーダーを具体的に使用します。

JBIG2の特許はIBMと三菱が所有している。リクエストすれば無料ライセンスが利用可能になるはずだ。JBIGとJBIG2の特許は同じではない。^{[13] [14] [15]}

非可逆圧縮を使用する JBIG2 の一部の実装では、PDF にスキャンされた文書内の文字が変化する可能性があります。ぼやけ^[​​16]やモスキート ノイズなどの圧縮アーティファクトが明らかになる他のアルゴリズムとは異なり、JBIG2 の「パターン マッチング」は、似たような記号を一致させます。マッチングが適切に実装されていない場合、特に文字があまり明確に定義されていない低解像度のスキャンでは、類似の文字が誤って入れ替わる可能性があります。しかし、以下に説明するような問題を発見したコンピューター サイエンティストの David Kriesel が指摘しているように、「エラーの原因は JBIG2 自体ではありません」。^[17]

2013年、ゼロックスワークセンターの多くのコピー機やプリンターで、さまざまな置換（「6」を「8」に置き換えることを含む）が発生したと報告された。スキャンされた（ OCR処理されていない）文書に印刷された数字が改変されていた可能性がある。これは建築設計図やいくつかの数字表で実証されており、医療処方箋などの文書におけるこのような置換エラーの潜在的な影響についても簡単に触れた。^{[17] [18] [19]}ドイツのコンピューター科学者デビッド・クライゼルとゼロックスはこれを調査していた。^{[20] [21]}

ゼロックス社はその後、これは長年のソフトウェアの欠陥であり、工場出荷時の設定以外でのみ置換が導入される可能性があると示唆した当初の声明は誤りであったことを認めた。影響を受けたデバイスを回収したり、更新を義務付けたりする試みは行われなかった。これは12以上の製品ファミリーに影響を与えることが認められていた。しかし、2013年8月にソフトウェアパッチが提供され、インストールするとパターンマッチングが自動的に無効になった。^[22]以前にスキャンされた文書には依然としてエラーが含まれている可能性があり、その信憑性を実証することは困難である。エラーの可能性についての公表を受けて、一部の国の当局はJBIG2の使用を禁止する声明を出した。^[23]

ドイツでは、連邦情報セキュリティ局が「置換スキャン」にJBIG2エンコーディングを使用してはならないとする技術ガイドラインを発行している。^[24] スイスでは、電子文書の永久保存調整局（Koordinationsstelle für die dauerhafte Archivierung elektronischer Unterlagen）がPDF文書を作成する際にJBIG2を使用しないよう推奨している。^[25]

AppleのiOS電話オペレーティングシステムで再利用されているJBIG2のXpdf実装の脆弱性は、 JBIG2ストリーム内にエミュレートされたコンピュータアーキテクチャを構築することにより、スパイウェアPegasusによってiPhoneへのゼロクリック攻撃を実行するために使用されました。Appleは2021年9月にiOS 14.8でこの「 FORCEDENTRY 」脆弱性を修正しました^。[26]

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• T.88: 2値画像の非可逆/可逆符号化