Estudo comparativo

Estudo comparativo de WebP, JPEG e JPEG 2000, setembro de 2010

Observação:conduzimos este estudo inicial com a primeira versão do WebP. que lançamos, com a biblioteca libvpx. Além disso, a origem imagens eram imagens JPEG que rastreamos da Web. Com base no feedback de comunidade, realizamos uma novo estudo com a versão 0.1.2 de libwebp começando com imagens sem perdas (PNG) como origem. O novo estudo substitui este estudar.

A equipe do WebP realizou um estudo comparativo de três métodos de compactação de imagem em um conjunto aleatório de 1 milhão de imagens. Os objetivos do estudo eram medir a compressão alcançada por esses métodos e analisar as vantagens e desvantagens entre tamanhos de imagem e compactação.

Três métodos de compactação, WebP, JPEG 2000 e Re-JPEG, foram aplicados 900.000 imagens JPEG contidas no conjunto de dados. As imagens JPEG foram recompactadas com Re-JPEG, para que cada um estivesse o mais próximo possível do pico desejado valor da relação sinal-ruído (PSNR, na sigla em inglês). A análise da equipe foi feita nas imagens após terem sido comprimidos.

Além do estudo em grande escala, a equipe inspecionou manualmente 100 imagens e descobriu que, na maioria dos casos, o WebP oferece uma qualidade visual aceitável.

Conclusões

O WebP atinge uma compactação geral mais alta do que o JPEG ou JPEG 2000. Ganhos de tamanho de arquivo são particularmente altos para imagens menores, que são mais comuns encontrados na web.

Conjunto de dados

O conjunto de dados usado no estudo foi uma coleção de 1 milhão de imagens aleatoriamente amostrados de um repositório de imagens rastreadas da Web. A tabela a seguir mostra a distribuição de diferentes tipos de imagens no conjunto de dados.

Design do experimento

Os experimentos foram realizados em duas etapas:

1. A equipe executou o WebP nas imagens com um PSNR desejado de 42. Eles ajustaram o parâmetro de qualidade (QP) para o codificador WebP até atingirem um resultado esse número era o mais próximo possível de 42 para uma determinada imagem. O real A PSNR alcançada para cada imagem não foi necessariamente 42.

2. A equipe usou o valor PSNR para as imagens compactadas com WebP como o destino PSNR para imagens JPEG 2000 e Re-JPEG. Eles também fizeram uma pesquise os parâmetros de qualidade das imagens JPEG 2000 e JPEG para chegar o mais próximo possível do PSNR de destino.

O resultado real da compactação foi medido como uma porcentagem usando o seguinte fórmula:

compression_percentage = 100 * (original_image.length - compressed_image.length) / original_image.length

Resultados

Os testes produziram os seguintes resultados para negativas e não negativas ganho de compressão:

Ganho de compressão não negativo

A equipe não penalizou um método se ele aumentasse o tamanho da imagem após a compactação. Ou seja, foi considerado que compression_percentage foi 0 quando o tamanho_da_imagem.compactada era maior que o comprimento da imagem_original.

Ganho de compressão negativa

A equipe permitiu resultados negativos da porcentagem de compressão para obter uma sobre os vários compressores o desempenho bruto.

A seguir estão as porcentagens médias de compactação que foram alcançadas por dos três métodos.

Quando o ganho de compressão negativa era permitido, o desempenho médio para JPEG 2000 era menor do que o JPEG. Isso pode ocorrer devido a artefatos de alta frequência nas imagens JPEG, esses artefatos podem contribuir situação de compressão inferior à ideal.

A implementação do Kakadu usada no experimento para converter para JPEG 2000 não conseguiu converter aproximadamente 240 mil imagens.

O JPEG 2000 tem porcentagens de compactação menores do que o Re-JPEG, principalmente porque o resultado de JPEG 2000 foi a compactação negativa de muitas imagens. Para isso motivo, as imagens JPEG alcançaram uma pontuação geral de compactação menor.

As figuras a seguir fornecem gráficos de distribuição para os três métodos:

Figura 1: distribuição populacional do tamanho da imagem

O gráfico mostra que a maioria das imagens era pequena. A frequência imagens com tamanho superior a 500K normalmente é menor que 100.

Figura 2: porcentagens de compactação para imagens WebP, JPEG e JPEG 2000

Este gráfico demonstra que o corpo de imagens compactadas com WebP tem uma compactação melhor do que re-jpeg e jpeg 2000. Além disso, as imagens compactadas com o WebP tiveram uma compactação mais positiva do que os outros.

Figura 3: comparação de tamanhos de imagem e porcentagem de compactação

Este gráfico mostra que o WebP tem melhor compactação do que os outros formatos, especialmente para imagens menores.