WebP, JPEG ve JPEG 2000 için karşılaştırmalı çalışma, Eylül 2010
Not: Bu ilk çalışmayı, WebP'nin yayınladığımız ve libvpx kitaplığını kullanan ilk sürümüyle gerçekleştirmiştik. Ayrıca, kaynak resimler Web'den taradığımız JPEG resimleriydi. Topluluktan aldığımız geri bildirimler ışığında, kaynak olarak kayıpsız resimler (PNG) ile başlayarak libwebp sürümünün 0.1.2 sürümünün kullanıldığı yeni bir çalışma yaptık. Yeni çalışma bu çalışmanın yerini
almıştır.
WebP ekibi, 1 milyon resimden oluşan rastgele bir küme üzerinde, üç resim sıkıştırma yöntemi üzerinde karşılaştırmalı bir çalışma gerçekleştirdi. Çalışmanın amacı, bu yöntemlerle sağlanan sıkıştırmayı ölçmek ve resim boyutları ile sıkıştırma arasındaki dengeyi analiz etmekti.
Veri kümesinde yer alan 900.000 JPEG resmine üç sıkıştırma yöntemi (WebP, JPEG 2000 ve Re-JPEG) uygulanmıştır. JPEG resimleri, Re-JPEG ile yeniden sıkıştırıldı ve böylece her biri hedef en yüksek sinyal-gürültü oranı (PSNR) değerine mümkün olduğunca yakındı. Ekibin resimler sıkıştırıldıktan sonra üzerinde analizi yapıldı.
Büyük ölçekli çalışmaya ek olarak ekip, 100 rastgele görüntüyü manuel olarak incelemiş ve çoğu durumda WebP’nin kabul edilebilir görsel kalite sağladığını tespit etmiştir.
Sonuçlar
WebP, JPEG veya JPEG 2000'den genel olarak daha yüksek sıkıştırma sağlar. Dosya boyutunu küçültme işleminde kazançlar, özellikle web'de en yaygın olan küçük resimlerde yüksektir.
Veri Kümesi
Çalışmada kullanılan veri kümesi, web'den taranan bir görsel deposundan rastgele örneklenmiş 1 milyon görüntüden oluşuyordu. Aşağıdaki tabloda, veri kümesindeki farklı görsel türlerinin dağılımı gösterilmektedir.
| Tür | Sayı |
|---|---|
| JPEG | ~900.000 |
| PNG | ~47 bin |
| GIF | ~47 bin |
| Diğer | ~6 B |
Deneme Tasarımı
Denemeler iki aşamada çalıştırıldı:
Ekip, 42 hedef PSNR hedefiyle resimlerde WebP çalıştırdı. Belirli bir görüntü için 42'ye yakın bir sonuç elde edene kadar WebP kodlayıcının kalite parametresini (QP) ayarladılar. Bu nedenle, her bir resim için elde edilen gerçek PSNR, her zaman tam olarak 42 değildir.
Ekip, JPEG 2000 ve Re-JPEG resimler için hedef PSNR olarak WebP ile sıkıştırılmış resimlere ait PSNR değerini kullandı. Ayrıca hedef PSNR'ye olabildiğince yaklaşmak için JPEG 2000 ve JPEG resimlerinin kalite parametreleri üzerinden satır araması da gerçekleştirdi.
Gerçek sıkıştırma sonucu, aşağıdaki formül kullanılarak yüzde olarak ölçüldü:
compression_percentage = 100 * (original_image.length - compressed_image.length) / original_image.length
Sonuçlar
Testler negatif ve negatif olmayan sıkıştırma kazancı için aşağıdaki sonuçları verdi:
Negatif Olmayan Sıkıştırma Kazancı
Ekip, bu yöntemin sıkıştırma sonrasında görüntü boyutunu artıran bir yöntemi cezalandırmadı. Yani sıkıştırılmış_resim.uzunluğu, orijinal_resim.uzunluğundan büyük olduğunda compression_percentage değeri 0 olarak kabul edilmiştir.
Negatif Sıkıştırma Kazancı
Ekip, çeşitli kompresörlerin ham performansını daha iyi anlamak için negatif sıkıştırma yüzdesi sonuçlarının kullanılmasını sağladı.
Aşağıda, üç yöntemin her biri ile elde edilen ortalama sıkıştırma yüzdeleri verilmiştir.
| Tür | Elde Edilen Ort. PSNR | Ort. Sıkıştırma Yüzdesi (negatif olmayan sıkıştırma kazancı) |
Ort. Sıkıştırma Yüzdesi (negatif sıkıştırma kazancı) |
|---|---|---|---|
| WebP | % | 41.30 | % |
| JPEG 2.000 | % | 27.67 | 9.71 |
| Yeniden JPEG | 39,36 | 22.37 | 14.62 |
Negatif sıkıştırma kazanımına izin verildiğinde JPEG 2000 için ortalama performans JPEG'ninkinden daha düşük olmuştur. Bu durum, JPEG görüntülerinde bulunan yüksek frekanslı kusurlardan kaynaklanabilir. Bu hatalar, ideal olmayan bir sıkıştırma durumuna neden olabilir.
Denemede JPEG 2000 biçimine dönüştürmek için kullanılan Kakadu uygulaması,yaklaşık 240.000 resmi dönüştüremedi.
JPEG 2000, Re-JPEG'den daha düşük sıkıştırma yüzdelerine sahipti. Bunun nedeni, özellikle JPEG 2000 sonucunun birçok resim için negatif sıkıştırma olmasıydı. Bu nedenle, JPEG resimleri daha düşük bir genel sıkıştırma puanına ulaştı.
Aşağıdaki şekillerde, üç yönteme ilişkin dağılım grafikleri verilmiştir:
Şekil 1: Resim Boyutu Popülasyon Dağılımı
Grafikte, resimlerin çoğunun küçük olduğu görülüyor. Boyutu 500 K'den büyük olan görüntülerin sıklığı genellikle 100'den azdır.
2. Şekil: WebP, JPEG ve JPEG 2000 Resimler İçin Sıkıştırma Yüzdeleri
Bu grafik, WebP ile sıkıştırılan resimlerin gövdesinin re-jpeg ve jpeg 2000'den daha iyi sıkıştırıldığını gösteriyor. Ayrıca, WebP ile sıkıştırılmış resimler diğerlerine göre daha pozitif bir sıkıştırma elde etti.
Şekil 3: Resim Boyutlarının Karşılaştırması ve Sıkıştırma Yüzdesi
Bu grafik, WebP'nin özellikle küçük resimlerde diğer biçimlerden daha iyi sıkıştırmayı başardığını göstermektedir.