Nghiên cứu so sánh về WebP, JPEG và JPEG 2000, tháng 9 năm 2010
Lưu ý: Chúng tôi đã thực hiện nghiên cứu ban đầu này bằng phiên bản đầu tiên của WebP
mà chúng tôi đã phát hành, trong đó sử dụng thư viện libvpx. Ngoài ra, nguồn
là các hình ảnh JPEG mà chúng tôi đã thu thập thông tin từ trên web. Dựa trên phản hồi của
hiện tại, chúng tôi đã thực hiện một
nghiên cứu mới với phiên bản 0.1.2 của libwebp
bắt đầu bằng hình ảnh không tổn hao (PNG) làm nguồn. Nghiên cứu mới thay thế nghiên cứu này
nghiên cứu.
Nhóm WebP đã thực hiện một nghiên cứu so sánh về 3 phương pháp nén hình ảnh trên một tập hợp ngẫu nhiên gồm 1 triệu hình ảnh. Mục tiêu của nghiên cứu là đo lường mức độ nén đạt được bằng các phương pháp đó và phân tích ưu nhược điểm giữa kích thước hình ảnh và nén.
3 phương pháp nén là WebP, JPEG 2000 và Re-JPEG được áp dụng cho 900.000 hình ảnh JPEG có trong bộ dữ liệu. Hình ảnh JPEG đã được nén lại bằng Re-JPEG để mỗi hình ảnh đều gần nhất có thể với mức cao nhất mục tiêu giá trị tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm (PSNR). Nhóm phụ trách đã phân tích các hình ảnh sau khi được nén.
Ngoài nghiên cứu quy mô lớn, nhóm nghiên cứu còn kiểm tra thủ công 100 nghiên cứu hình ảnh và nhận thấy rằng trong hầu hết các trường hợp, WebP cung cấp chất lượng hình ảnh ở mức chấp nhận được.
Kết luận
WebP đạt được độ nén tổng thể cao hơn so với JPEG hoặc JPEG 2000. Lãi giảm tối đa kích thước tệp đặc biệt cao đối với các hình ảnh nhỏ hơn, những thông tin phổ biến nhất trên web.
Tập dữ liệu
Tập dữ liệu được sử dụng trong nghiên cứu là tập hợp gồm 1 triệu hình ảnh ngẫu nhiên được lấy mẫu từ kho hình ảnh được thu thập thông tin từ web. Bảng sau đây hiển thị sự phân phối của các loại hình ảnh khác nhau trong tập dữ liệu.
| Loại | Số lượt |
|---|---|
| JPEG | ~900 nghìn |
| PNG | ~47 NGHÌN |
| GIF | ~47 NGHÌN |
| Khác | ~6 NGHÌN |
Thiết kế thử nghiệm
Thử nghiệm được chạy theo 2 giai đoạn:
Nhóm phát triển đã chạy WebP trên các hình ảnh với PSNR mục tiêu là 42. Họ đã điều chỉnh tham số chất lượng (QP) cho bộ mã hoá WebP cho đến khi chúng đạt được kết quả xấp xỉ 42 ký tự có thể có được đối với một hình ảnh cụ thể. Dữ liệu thực tế Do đó, PSNR đạt được cho mỗi hình ảnh không nhất thiết phải là 42.
Đội ngũ này sử dụng giá trị PSNR cho hình ảnh được nén WebP làm mục tiêu PSNR cho hình ảnh JPEG 2000 và Re-JPEG. Họ cũng biểu diễn một dòng Tìm kiếm thông số chất lượng của ảnh JPEG 2000 và JPEG trong càng gần với PSNR mục tiêu càng tốt.
Kết quả nén thực tế được đo dưới dạng phần trăm bằng cách sử dụng công thức:
compression_percentage = 100 * (original_image.length - compressed_image.length) / original_image.length
Kết quả
Các thử nghiệm cho kết quả sau đây đối với giá trị âm tính và không âm lợi ích nén:
Mức tăng nén không âm
Nhóm này không phạt bất kỳ phương pháp nào nếu phương pháp đó làm tăng kích thước hình ảnh sau khi nén. Tức là tỷ lệ phần trăm nén được xem là 0 khi nén_image.length lớn hơn giá trị ban đầu của hình ảnh.
Mức tăng khi nén âm
Nhóm đã cho phép kết quả tỷ lệ phần trăm nén âm tính để có trải nghiệm tốt hơn hiểu biết về các loại máy nén khác nhau hiệu suất thô.
Sau đây là tỷ lệ phần trăm nén trung bình mà mỗi lần đạt được về 3 phương pháp.
| Loại | PSNR trung bình thu được | Độ nén trung bình % (mức tăng nén không âm) |
Độ nén trung bình % (mức tăng nén âm) |
|---|---|---|---|
| WebP | 39,38 | 41,30 | 39,80 |
| JPEG 2000 | 39,49 | 27,67 | 9,71 |
| Re-JPEG | 39,36 | 22,37 | 14,62 |
Khi cho phép mức tăng nén âm, hiệu suất trung bình của JPEG 2000 thấp hơn so với JPEG. Điều này có thể là do các cấu phần phần mềm có tần suất cao có trong ảnh JPEG; những cấu phần phần mềm này có thể đóng góp vào tình trạng nén ít lý tưởng hơn.
Cách triển khai Kakadu được sử dụng trong thử nghiệm để chuyển đổi sang JPEG 2000 không chuyển đổi được khoảng 240.000 hình ảnh.
JPEG 2000 có tỷ lệ nén thấp hơn so với Re-JPEG, chủ yếu là do kết quả JPEG 2000 là nén âm cho nhiều hình ảnh. Để làm được việc đó hình ảnh JPEG có điểm nén tổng thể thấp hơn.
Các hình sau đây cung cấp biểu đồ phân phối cho ba phương pháp:
Hình 1: Sự phân bổ tập hợp có kích thước hình ảnh
Biểu đồ cho thấy hầu hết hình ảnh đều có kích thước nhỏ. Tần suất của hình ảnh có kích thước lớn hơn 500K thường nhỏ hơn 100.
Hình 2: Tỷ lệ phần trăm nén cho hình ảnh WebP, JPEG và JPEG 2000
Biểu đồ này cho thấy phần thân của hình ảnh được nén bằng WebP có định dạng nén tốt hơn re-jpeg và jpeg 2000. Ngoài ra, hình ảnh được nén với WebP có độ nén tích cực cao hơn các trang web khác.
Hình 3: So sánh kích thước hình ảnh và tỷ lệ nén
Biểu đồ này cho thấy WebP đạt được khả năng nén tốt hơn các định dạng khác, đặc biệt là đối với hình ảnh nhỏ hơn.