Badanie porównawcze formatów WebP, JPEG i JPEG 2000, wrzesień 2010 r.
Uwaga: to wstępne badanie przeprowadziliśmy przy użyciu pierwszej wersji WebP
która korzystała z biblioteki libvpx. Dodatkowo źródło
są obrazami w formacie JPEG, które indeksowaliśmy z internetu. Na podstawie opinii od:
naszej społeczności, podjęliśmy się
nowe badanie w wersji 0.1.2 z libwebp
zaczynając od obrazów w formacie bezstratnym (PNG). Nowe badanie zastępuje tę
badania.
Zespół WebP przeprowadził badanie porównawcze trzech metod kompresji obrazu na losowym zestawie milionów obrazów. Celem badania było sprawdzenie, kompresję uzyskaną za pomocą tych metod i przeanalizować kompromisy między rozmiarami obrazów i kompresją.
Trzy metody kompresji: WebP, JPEG 2000 i Re-JPEG, zostały zastosowane do pliku 900 000 obrazów JPEG zawartych w zbiorze danych. Obrazy JPEG zostały skompresowane ponownie z re-JPEG, aby każdy z nich był jak najbliżej punktu szczytowego stosunek sygnału do szumu (PSNR). Zespół przeanalizował obrazy po skompresowaniu.
Oprócz badania na dużą skalę zespół sprawdził 100 losowych i stwierdziliśmy, że w większości przypadków WebP zapewnia akceptowalną jakość obrazu.
Podsumowanie
WebP zapewnia ogólnie wyższą kompresję niż JPEG i JPEG 2000. Zyski są szczególnie duże w przypadku mniejszych obrazów, najpopularniejsze w internecie.
Zbiór danych
Zbiór danych użyty w badaniu zawierał 1 milion losowo wybranych obrazów pochodzące z repozytorium obrazów zindeksowanych z internetu. Tabela poniżej pokazuje rozkład różnych typów obrazów w zbiorze danych.
| Typ | Liczba |
|---|---|
| JPEG | ~900 tys. |
| PNG | ok. 47 tys. |
| GIF | ok. 47 tys. |
| Inne | ok. 6 tys. |
Projekt eksperymentu
Eksperymenty przeprowadzono w 2 etapach:
Na obrazach zespół uruchomił WebP z docelowym PSNR na poziomie 42. Stroili parametru jakości (QP) kodera WebP, aż uzyska on wynik. czyli prawie 42 stopnie za zdjęcie. Rzeczywisty Współczynnik PSNR dla każdego obrazu nie zawsze wynosił dokładnie 42.
Zespół wykorzystał wartość PSNR dla obrazów skompresowanych za pomocą WebP jako elementu docelowego PSNR dla obrazów JPEG 2000 i Re-JPEG; Wykonał także wiersz parametry jakości zdjęć JPEG 2000 i JPEG aby zbliżyć się do docelowego PSNR.
Rzeczywisty wynik kompresji został zmierzony jako wartość procentowa przy użyciu: wzór:
compression_percentage = 100 * (original_image.length - compressed_image.length) / original_image.length
Wyniki
Testy dały następujące wyniki dla wartości ujemnej i nieujemnej wzmocnienie kompresji:
Nieujemna wzmocnienie kompresji
Zespół nie nałożył kary na tę metodę, jeśli ta metoda pozwoliła zwiększyć rozmiar obrazu po skompresowaniu. Oznacza to, że wartość parametru kompresji_percentage została uznana za wartość 0. , gdy rozmiar skompresowanego_obrazu.długości jest większy niż oryginalny.
Ujemna kompresja
Zespół pozwolił na uzyskanie ujemnych wartości procentowych kompresji, aby poprawić działanie różnych sprężarek nieprzetworzoną skuteczność.
Poniżej podano średnie wartości procentowe kompresji uzyskane przez każdy z nich z dostępnych 3 metod.
| Typ | Śr. uzyskane dane PSNR | Śr. kompresja % (nieujemny przyrost kompresji) |
Śr. kompresja % (ujemny wzrost kompresji) |
|---|---|---|---|
| WebP | 39,38 | 41,30 | 39,80 |
| JPEG 2000 | 39,49 | 27,67 | 9,71 |
| Re-JPEG | 39,36 | 22,37 | 14,62 |
Jeśli dozwolony był negatywny wzrost kompresji, średnia wydajność JPEG 2000 był mniejszy niż w przypadku JPEG. Może to być spowodowane artefaktami o wysokiej częstotliwości w obrazach JPEG; te artefakty mogą przyczyniać się do nieidealną kompresję.
Implementacja Kakadu użyta w eksperymencie do konwersji do formatu JPEG 2000 nie udało się przekonwertować około 240 000 obrazów.
Format JPEG 2000 miał niższe wartości procentowe kompresji niż Re-JPEG, głównie dlatego, że W przypadku wielu obrazów wynik JPEG 2000 był ujemny. Do tego celu zdjęcia JPEG miały niższy ogólny wynik kompresji.
Na poniższych ilustracjach znajdują się wykresy rozkładu dla trzech metod:
Rysunek 1. Rozkład ludności w rozmiarze obrazu
Wykres pokazuje, że większość obrazów była mała. Częstotliwość Jeśli rozmiar pliku graficznego przekracza 500 KB, jest on zwykle mniejszy niż 100.
Rysunek 2. Wartości procentowe kompresji plików zdjęć w formacie WebP, JPEG i JPEG 2000
Ten wykres pokazuje, że treść zdjęć skompresowanych za pomocą WebP lepszej kompresji niż re-jpeg i jpeg 2000. Poza tym skompresowane zdjęcia z WebP mają bardziej pozytywną kompresję niż pozostałe.
Rysunek 3. Porównanie rozmiarów obrazów i procentu kompresji
Ten wykres pokazuje, że WebP osiąga lepszą kompresję niż inne formaty. zwłaszcza w przypadku mniejszych obrazów.