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GIGAZINE(ギガジン)
小劣化・小サイズの最強画像形式
2013年10月22日 12時30分
By
Trey Ratcliff
最も劣化が少なくファイルサイズを小さくできる画像形式は何かを、
Firefox
や
Thunderbird
でおなじみの
Mozilla
が比較・検証したところ、すべての検証結果において最も優れる画像形式が一つあることが判明しました。2013年10月現在、最強の画像形式とは一体どれでしょうか。
Lossy Compressed Image Formats Study (October 2013)
http://people.mozilla.org/~josh/lossy_compressed_image_study_october_2013/
長年ウェブ上で画像ファイルのスタンダードとして使われている「
JPEG
」が誕生してから20年以上が経ちました。JPEGの登場以来、新しい
画像形式
はすべてJPEGをターゲットとして、同等の品質のファイルをより小さなサイズで実現することを目指して開発されてきましたが、いったいどの形式が最も優れているのかはいまだに多くの議論があるところです。そんな画像形式の優劣を、
Mozilla
が実証実験により比較・検討しました。
Mozilla
は、さまざまな画像形式の中でも、JPEGの後継フォーマットとして頻繁に議論される「
JPEG XR
」、「
WebP
」、ならびに
H.265
のstill-image(静止画)プロファイルである「
HEVC-MSP
」を、標準フォーマットであるJPEGと比較することで、その優劣を決定することにしました。
なお、画像形式の優劣を決める上では、絶対的な画質や付加できる情報量やデコード時間などさまざまな指標が考えられますが、ウェブブラウザである
Firefox
を提供する
Mozilla
は、ウェブページのロード時間に最も大きな影響を与えるファイルサイズに関心があるため、同等の品質を維持する場合にどれだけファイルサイズを小さくできるかという
圧縮
率
をメインに画像形式を比較したということです。
画質の優劣については人間の視覚的な感覚で判断することはできないことから、実験には、3種類の
SSIM
アルゴリズム
(Y-SSIM、RGB-SSIM、IW-SSIM)およびPSNR-HVSMDCTという4つの
圧縮
アルゴリズム
を使って、ソース画像ファイルを
圧縮
し、JPEGを基準にして画質-
圧縮
率(ファイルサイズ)が比較されました。
アルゴリズム
詳細はこんな感じ。
・Y-SSIM
「
The SSIM Index for Image Quality Assessment
」において「
輝度
」に焦点をあてて評価するもの。
・RGB-SSIM
「
The SSIM Index for Image Quality Assessment
」において「
RGB
」に焦点をあてて評価するもの。
・IW-SSIM
「
Information Content Weighted Structural Similarity Index for Image Quality Assessment
」において「輝度」に焦点をあてて評価するもの。
・PSNR-HVS-M
ピーク信号とノイズの比率を調べる
アルゴリズム
で、コントラスト感度機能(CSF)と
DCT基底関数を基礎としたコントラスト係数
を考慮に入れて評価するもの。
なお、評価の公正を担保するために、実験には以下の3つのソース画像が用いられました。
・Lenna
(512×512のPNGファイル)
・
Kodak
が提供している24枚のPNGファイル
True Color Kodak Images
http://r0k.us/graphics/kodak/
・
Tecnick
が提供している100枚のPNGファイル
TESTIMAGES
http://www.tecnick.com/public/code/cp_dpage.php?aiocp_dp=testimages
さらに、実験に使用するソフトウェアはウェブで容易に入手可能なものが厳選され、唯一の有料ソフトであるMATLAB以外のソフトはすべてフリーソフトが用いられました。これにより、誰もが今回の実験が正しいかを検証することが可能ということです。
圧縮
アルゴリズム
ごとの比較の実験結果は以下の通りです。
◆1:Y-SSIM
Y-SSIM
アルゴリズム
で3種類のソースファイルをエンコードし
圧縮
した場合の品質グラフ。縦軸がJPEGを1とした場合の各ファイル形式ごとのサイズ(
圧縮
率)を、横軸が画質を表し、グラフが下にあるほど高
圧縮
・高画質であるといえます。
こちらはLennaのグラフ。後継フォーマットであるはずのJPEG XR(赤)が、すべての画像・すべての画質でJPEG(青)よりもファイルサイズが大きくなるという結果に。
Kodak。
Tecnick。いずれも3つの中ではHEVC-MSP(紫)が最も性能が優れていることを示しています。
◆2:RGB-SSIM
RGB-SSIM
アルゴリズム
で3種類のソースファイルをエンコードした場合のグラフ。やはりグラフが下の方が高品質。
Lenna。いずれの画像形式もJPEGよりは良い結果です。
Kodak。
Tecnick。やはりHEVC-MSPが優秀です。
◆3:IW-SSIM
IW-SSIM
アルゴリズム
で3種類のソースファイルをエンコードした場合のグラフ。
Lenna。ここでもJPEG XRは厳しい結果。
Kodak。
Tecnick。HEVC-MSPはここでも優秀な成績。
◆4:PSNR-HVS-M
最後にPSNR-HVS-Mで3種類のソースファイルをエンコードした場合のグラフ。
Lenna。意外なJPEGの品質の高さがうかがわれます。
Kodak。
Tecknic。総じて高画質ではJPEGが優秀ですが、その他の3つの画像形式では、やはりHEVC-MSPが最も優れています。
以上のとおり、
Mozilla
が調査した結果からは、HEVC-MSPが最も優秀であることが判明しました。
圧縮
率重視で考えた場合、ポストJPEGを巡る争いではHEVC-MSPが一歩リードしているようです。
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