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.
| Tipo | Contagem |
|---|---|
| JPEG | Cerca de 900 mil |
| PNG | Cerca de 47 mil |
| GIF | Cerca de 47 mil |
| Outro | Cerca de 6 mil |
Design do experimento
Os experimentos foram realizados em duas etapas:
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.
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.
| Tipo | PSNR médio obtido | % média de compactação (ganho de compressão não negativo) |
% de compactação média (ganho de compactação negativo) |
|---|---|---|---|
| WebP | 39,38 | 41,30 | 39,80 |
| JPEG 2000 | 39,49 | 27,67 | 9,71 |
| Re-JPEG | 39,36 | 22,37 | 14,62 |
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.