Étude comparative de WebP, JPEG et JPEG 2000, septembre 2010
Remarque:Nous avions mené cette étude initiale avec la première version de WebP que nous avons publiée, qui utilisait la bibliothèque libvpx. En outre, les images sources étaient des images JPEG que nous avons explorées à partir du Web. Suite aux commentaires de la communauté, nous avons mené une nouvelle étude avec la version 0.1.2 de libwebp, en commençant par des images sans perte (PNG) comme source. La nouvelle étude remplace
cette étude.
L'équipe WebP a réalisé une étude comparative de trois méthodes de compression d'images sur un ensemble aléatoire d'un million d'images. Les objectifs de l'étude étaient de mesurer la compression obtenue par ces méthodes et d'analyser les compromis entre la taille d'image et la compression.
Trois méthodes de compression, WebP, JPEG 2000 et Re-JPEG, ont été appliquées aux 900 000 images JPEG contenues dans l'ensemble de données. Les images JPEG ont été recompressées avec Re-JPEG, chacune étant aussi proche que possible d'une valeur cible de rapport signal sur bruit (PSNR). L'équipe a analysé les images après les avoir compressées.
En plus de l'étude à grande échelle, l'équipe a inspecté manuellement 100 images aléatoires et a constaté que, dans la plupart des cas, WebP offre une qualité visuelle acceptable.
Conclusions
WebP atteint globalement une compression plus élevée que JPEG ou JPEG 2000. Les gains en matière de minimisation de la taille des fichiers sont particulièrement importants pour les images plus petites, qui sont les plus courantes sur le Web.
Ensemble de données
L'ensemble de données utilisé dans le cadre de l'étude était une collection d'un million d'images, échantillonnées de manière aléatoire, à partir d'un dépôt d'images explorées sur le Web. Le tableau suivant montre la répartition des différents types d'images dans l'ensemble de données.
| Type | Nombre |
|---|---|
| JPEG | ~900 k |
| PNG | ~47 k |
| GIF | ~47 k |
| Autre | ~6 k |
Conception du test
Les tests ont été exécutés en deux étapes:
L'équipe a exécuté WebP sur les images avec un PSNR cible de 42. Elle a ajusté le paramètre de qualité (QP) de l'encodeur WebP jusqu'à ce qu'il obtienne un résultat proche de 42 qu'il pourrait obtenir pour une image donnée. Le PSNR réel atteint pour chaque image n'était donc pas nécessairement exactement de 42.
L'équipe a utilisé la valeur PSNR des images compressées WebP comme PSNR cible pour les images JPEG 2000 et Re-JPEG. L'équipe a également effectué une recherche par ligne sur les paramètres de qualité des images JPEG 2000 et JPEG afin de se rapprocher le plus possible du PSNR cible.
Le résultat réel de la compression a été mesuré en pourcentage à l'aide de la formule suivante:
compression_percentage = 100 * (original_image.length - compressed_image.length) / original_image.length
Résultats
Les tests ont produit les résultats suivants pour le gain de compression négatif et non négatif:
Gain de compression non négatif
L'équipe n'a pas pénalisé une méthode si celle-ci augmente la taille de l'image après compression. Autrement dit, la valeur compression_percentage était considérée comme égale à 0 lorsque la valeur compressée_image.length était supérieure à la valeur d'origine_image.length.
Gain de compression négatif
L'équipe a autorisé les résultats du pourcentage de compression négatif pour mieux comprendre les performances brutes des différents compresseurs.
Vous trouverez ci-dessous les pourcentages de compression moyens obtenus par chacune des trois méthodes.
| Type | PSNR moyen obtenu | % de compression moy. (gain de compression non négatif) |
% moy. de compression (gain de compression négatif) |
|---|---|---|---|
| WebP | 39,38 | 41.30 | 39,80 |
| JPEG 2000 | 39,49 | 27.67 | 9.71 |
| Nouvelle photo JPEG | 39,36 | 22.37 | 14.62 |
Lorsque le gain de compression négatif était autorisé, les performances moyennes du format JPEG 2000 étaient inférieures à celles du format JPEG. Cela peut être dû à des artefacts à haute fréquence présents dans les images JPEG, qui peuvent contribuer à une situation de compression moins idéale.
L'implémentation Kakadu utilisée dans le cadre de l'expérience pour convertir au format JPEG 2000 n'a pas permis de convertir environ 240 000 images.
JPEG 2000 présentait des pourcentages de compression inférieurs à ceux de Re-JPEG, principalement parce que le résultat de JPEG 2000 était une compression négative pour de nombreuses images. Pour cette raison, les images JPEG ont obtenu un score de compression global plus faible.
Les figures suivantes fournissent des graphiques de distribution pour les trois méthodes:
Figure 1: Répartition de la population par taille d'image
Le graphique montre que la plupart des images étaient petites. La fréquence des images dont la taille est supérieure à 500 Ko est généralement inférieure à 100.
Figure 2: Pourcentages de compression pour les images WebP, JPEG et JPEG 2000
Ce graphique montre que le corps de photos compressées avec WebP a été mieux compressé que re-jpeg et jpeg 2000. De plus, les images compressées avec WebP ont reçu une compression plus positive que les autres.
Figure 3: Comparaison entre la taille des images et le pourcentage de compression
Ce graphique montre que WebP atteint une meilleure compression que les autres formats, en particulier pour les images plus petites.