Studi perbandingan WebP, JPEG, dan JPEG 2000, September 2010
Catatan: Kami telah melakukan studi awal ini dengan WebP versi pertama
yang telah kita rilis, yang menggunakan library libvpx. Selain itu, sumber
adalah gambar JPEG yang kami jelajahi dari Web. Berdasarkan masukan dari
masyarakat, kami sekarang telah melakukan
studi baru dengan libwebp versi 0.1.2
dimulai dengan gambar lossless (PNG) sebagai sumber. Studi baru ini akan menggantikan
Anda.
Tim WebP melakukan studi komparatif terhadap tiga metode kompresi gambar pada kumpulan 1 juta gambar acak. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengukur kompresi yang dicapai dengan metode-metode tersebut dan untuk menganalisis kompromi antara ukuran gambar dan kompresi.
Tiga metode kompresi, WebP, JPEG 2000 dan Re-JPEG, diterapkan ke 900.000 gambar JPEG yang terdapat dalam set data. Gambar JPEG dikompresi ulang dengan Re-JPEG sehingga setiap levelnya sedekat mungkin dengan target nilai {i>signal-to-noise ratio<i} (PSNR). Analisis tim dilakukan pada gambar setelah dikompresi.
Selain studi skala besar, tim juga memeriksa 100 data acak gambar dan menemukan bahwa, pada umumnya, WebP memberikan kualitas visual yang dapat diterima.
Kesimpulan
WebP mencapai kompresi yang lebih tinggi secara keseluruhan daripada JPEG atau JPEG 2000. Keuntungan dalam meminimalkan ukuran file sangat tinggi untuk gambar yang lebih kecil yang yang paling umum ditemukan di web.
Kumpulan Data
Set data yang digunakan dalam penelitian ini adalah kumpulan 1 juta gambar secara acak yang diambil dari repositori gambar yang di-crawl dari web. Tabel berikut menunjukkan distribusi berbagai jenis gambar dalam set data.
| Jenis | Jumlah |
|---|---|
| JPEG | ~900 RB |
| PNG | ~47 RB |
| GIF | ~47 RB |
| Lainnya | ~6 RB |
Desain Eksperimen
Eksperimen dijalankan dalam dua tahap:
Tim menjalankan WebP pada gambar dengan PSNR target 42. Mereka menyesuaikan parameter kualitas (QP) untuk encoder WebP hingga mencapai hasil yang mendekati 42 dari yang bisa mereka dapatkan untuk gambar tertentu. Sebenarnya Oleh karena itu, PSNR yang dicapai untuk setiap gambar belum tentu tepat 42.
Tim menggunakan nilai PSNR untuk gambar yang dikompresi WebP sebagai target PSNR untuk gambar JPEG 2000 dan Re-JPEG. Mereka juga membawakan menelusuri parameter kualitas gambar JPEG 2000 dan JPEG di untuk mendekati sedekat mungkin dengan PSNR target.
Hasil kompresi yang sebenarnya diukur sebagai persentase dengan menggunakan rumus:
compression_percentage = 100 * (original_image.length - compressed_image.length) / original_image.length
Hasil
Pengujian memberikan hasil berikut untuk negatif dan non-negatif amplifikasi kompresi:
Perolehan Kompresi Non-negatif
Tim tidak menghukum suatu metode jika metode tersebut meningkatkan ukuran gambar setelah kompresi. Artinya, compression_percentage dianggap 0 saat terkompresi_image.length lebih besar dari original_image.length.
Perolehan Kompresi Negatif
Tim mengizinkan hasil persentase kompresi negatif untuk mendapatkan memahami berbagai jenis kompresor performa mentah.
Berikut adalah persentase kompresi rata-rata yang dicapai oleh masing-masing dari ketiga metode tersebut.
| Jenis | PSNR Rata-Rata yang Diperoleh | % Kompresi Rata-Rata (perolehan kompresi non-negatif) |
% Kompresi Rata-Rata (perolehan kompresi negatif) |
|---|---|---|---|
| WebP | 39,38 | 41,30 | 39,80 |
| JPEG 2000 | 39,49 | 27,67 | 9,71 |
| Re-JPEG | 39,36 | 22,37 | 14,62 |
Ketika penguatan kompresi negatif diizinkan, kinerja rata-rata untuk JPEG 2000 lebih rendah dari JPEG. Hal ini mungkin disebabkan oleh artefak frekuensi tinggi ada dalam gambar JPEG; artefak ini dapat berkontribusi pada suatu situasi kompresi yang kurang ideal.
Implementasi Kakadu yang digunakan dalam eksperimen untuk dikonversi ke JPEG 2000 gagal mengonversi sekitar 240.000 gambar.
JPEG 2000 memiliki persentase kompresi yang lebih rendah daripada Re-JPEG, terutama karena hasil JPEG 2000 adalah kompresi negatif untuk banyak gambar. Untuk itu gambar JPEG menghasilkan skor kompresi keseluruhan yang lebih rendah.
Gambar berikut memberikan grafik distribusi untuk ketiga metode:
Gambar 1: Distribusi Populasi Ukuran Gambar
Grafik ini menunjukkan bahwa sebagian besar gambar berukuran kecil. Frekuensi gambar dengan ukuran lebih dari 500K biasanya kurang dari 100.
Gambar 2: Persentase Kompresi untuk Gambar WebP, JPEG, dan JPEG 2000
Grafik ini menunjukkan bahwa isi gambar yang dikompresi dengan WebP diperoleh kompresi yang lebih baik daripada re-jpeg dan jpeg 2000. Selain itu, gambar yang dikompresi dengan WebP mendapat kompresi positif lebih besar daripada yang lain.
Gambar 3: Perbandingan Ukuran Gambar dan Persentase Kompresi
Grafik ini menunjukkan bahwa WebP mencapai kompresi yang lebih baik daripada format lainnya, khususnya untuk gambar yang lebih kecil.