GIGAZINEさんのBPG紹介記事があやふやなので自分で確認してみた

せっかく良さそうな画像圧縮技術なのだから、ちゃんと検証してどのくらい良いのか確認したいですね。

検証記事としてはこちらの内容がありますが、もう一声欲しいと思いましたので、私の方でも検証してみたいと思います。

 

以下は前置きです。結果を見たい人は下の「続きを読む」から下になります。

まず、画質の劣化を検証するときにPSNRとSSIMが指標として挙げられるらしいです。
先の検証した方はSSIMのみで検証していました。
これはPSNRの問題で、ブロックノイズやぼけた画像、など全然違う画像でも輝度の平均二乗誤差が近い値であれば、「オリジナルにほとんどノイズが乗っていない」という結果になってしまうため、利用しなかったのではないかと考えられます。

また、SSIMは上下左右のピクセルについても計算しているため、人の見た感覚に近いことから動画などの検証に使われているようです。

さて、それでは検証画像についてですが、

1. 単色
2. イラスト１（Kurokoさんより提供）
3. イラスト２（たかたかさんより提供）
4. 写真
5. ランダム画像

の4種類、5枚で検証したいと思います。

まずは最も圧縮が有効な単色画像。

jpegにはあまり向かないイラスト。

イラストは一枚目がサークル「ヒミツイズム」のKurocoさんから（元画像の許可が取れなかったため、写真で紹介とします）。

二枚目はサークル「1001色素♂」のたかたかさんから。

非可逆圧縮なので、多少情報落ちしても大丈夫な写真。これは白川郷に行ったときに撮った写真のうちの一枚です。

最後に圧縮に一番不向きな疑似乱数で作成したランダム画像。

この辺りを選びました。

なお、画像はすべて24bitフルカラーで確認しました。

さて、結果です。

オリジナルはBMPとしましたけど、BMPからの圧縮比だと高すぎてよく分からないので、ここは可逆圧縮代表のPNGさんに出てきてもらいました。PNGと圧縮比が変わらなければあまり良くないという考えの元、計算しました。

なので、まずはオリジナルのBMPとPNGのファイルサイズを確認します。

画像の種類	BMPファイルサイズ[byte]	PNGファイルサイズ[byte]	圧縮比
単色画像	750054	1461	0.195
イラスト１	1314198	340598	25.917
イラスト２	750054	219163	29.220
写真	9159222	4922223	53.741
ランダム画像	750054	751906	100.247

単色はPNGでもかなり圧縮されています。逆にランダム画像は元ファイルより大きくなっています。その他については、そこそこの圧縮というところでしょうか。これをそれぞれJPEG、BPGに変換すると以下のようになります。

単色画像-JPEG

品質	SSIM	PSNR[dB]	圧縮比	ファイルサイズ[byte]
100	1	Inf	141.3415469	2065
90	1	Inf	141.2731006	2064
80	1	Inf	141.2731006	2064
70	1	Inf	141.3415469	2065
60	1	Inf	141.2046543	2063
50	1	Inf	141.2046543	2063
40	0.999989	52.902155	141.2731006	2064
30	0.999984	49.891855	141.2046543	2063
20	0.999955	46.881555	141.2731006	2064
10	0.999735	36.370030	141.2731006	2064
1	0.992919	23.758724	141.1362081	2062

単色画像-BPG

品質	SSIM	PSNR[dB]	圧縮比	ファイルサイズ[]byte]
0	1	58.003893	16.15331964	453356
5	1	58.003893	16.08487337	387469
10	1	58.003893	15.94798084	329221
15	1	58.003893	9.308692676	280120
20	1	58.003893	9.034907598	233248
25	1	58.003893	8.692676249	186595
30	1	58.003893	8.48733744	147077
35	1	58.003893	8.213552361	106583
40	0.999955	46.558485	8.008213552	68235
45	0.999989	51.733071	7.871321013	25581
50	0.999881	39.825290	7.597535934	234
51	0.999924	46.607019	6.981519507	131

ランダム画像-JPEG

品質	SSIM	PSNR[dB]	圧縮比	ファイルサイズ[byte]
100	0.575502	12.728176	48.29247273	363114
90	0.573749	12.689733	27.81158815	209117
80	0.567794	12.572795	20.83877506	156688
70	0.554393	12.372053	17.04002894	128125
60	0.529069	12.086645	14.37719609	108103
50	0.501798	11.810664	12.43599599	93507
40	0.471560	11.550268	10.57579006	79520
30	0.431775	11.305837	8.550403907	64291
20	0.358672	11.092512	5.906722383	44413
10	0.264858	10.863144	3.076049400	23129
1	0.138447	10.674233	0.775761864	5833

ランダム画像-BPG

品質	SSIM	PSNR[dB]	圧縮比	ファイルサイズ[byte]
0	0.607206	12.983262	60.29423891	453356
5	0.607183	12.982693	51.53157443	387469
10	0.607084	12.981091	43.78486141	329221
15	0.606825	12.978924	37.25465683	280120
20	0.604942	12.963349	31.02089889	233248
25	0.601674	12.929843	24.81626693	186595
30	0.594461	12.853832	19.56055677	147077
35	0.575791	12.665962	14.17504316	106583
40	0.525859	12.261978	9.074937559	68235
45	0.343745	11.339786	3.402153993	25581
50	0.066844	10.757947	0.031120911	234
51	0.066574	10.757009	0.017422391	131

写真-JPEG

品質	SSIM	PSNR[dB]	圧縮比	ファイルサイズ[byte]
100	0.992799	41.473385	45.78794988	2253785
90	0.968564	36.551952	15.98895458	787012
80	0.952237	34.239816	10.88272514	535672
70	0.940162	33.030376	8.650258227	425785
60	0.929095	32.192186	7.208551908	354821
50	0.919693	31.599436	6.257802623	308023
40	0.908296	30.984094	5.363999152	264028
30	0.892371	30.211649	4.423387563	217729
20	0.862956	29.048413	3.266593163	160789
10	0.796637	26.819548	1.861110315	91608
1	0.638589	22.059286	0.601212095	29593

写真-BPG

品質	SSIM	PSNR[dB]	圧縮比	ファイルサイズ[byte]
0	0.995606	44.378299	48.78899229	2401503
5	0.994994	44.108158	40.30609747	1983956
10	0.992430	43.174057	28.98964553	1426935
15	0.987312	41.643075	20.42940761	1005581
20	0.976237	39.116258	13.36711075	657959
25	0.956395	36.238478	8.338610421	410445
30	0.923884	33.477444	4.872066950	239814
35	0.873733	30.730826	2.556974765	125860
40	0.811683	28.277236	1.228002063	60445
45	0.744317	26.051527	0.528480729	26013
50	0.683407	24.058745	0.198385973	9765
51	0.673404	23.726127	0.163767468	8061

イラスト１-JPEG

品質	SSIM	PSNR[dB]	圧縮比	ファイルサイズ[byte]
100	0.993972	38.764777	72.14193859	245714
90	0.985319	36.263537	31.28438805	106554
80	0.976373	33.968498	23.05973611	78541
70	0.963534	32.474587	19.25554466	65584
60	0.963645	31.420981	16.82863669	57318
50	0.958746	30.638838	15.10930775	51462
40	0.946722	29.817738	13.45457108	45826
30	0.944111	28.796486	11.52854685	39266
20	0.930728	27.382717	9.218492181	31398
10	0.896735	24.948575	6.128045379	20872
1	0.792103	20.210775	2.773063847	9445

イラスト１-BPG

品質	SSIM	PSNR[dB]	圧縮比	ファイルサイズ[byte]
0	0.99555	41.012882	52.44041363	178611
5	0.99546	40.948336	39.74098497	135357
10	0.995135	40.713648	27.86452064	94906
15	0.994761	40.281196	20.98691126	71481
20	0.993427	39.280741	15.58288657	53075
25	0.990724	37.531153	11.32390678	38569
30	0.985263	35.198342	7.960117206	27112
35	0.972694	32.190851	5.195567795	17696
40	0.955189	29.126934	3.245174663	11053
45	0.922773	25.806033	1.897838508	6464
50	0.858423	22.332236	1.057551718	3602
51	0.842739	21.760849	0.936881602	3191

イラスト２-JPEG

品質	SSIM	PSNR[dB]	圧縮比	ファイルサイズ[byte]
100	0.995252	41.175386	63.93004294	140111
90	0.985292	37.550374	26.18051405	57378
80	0.975479	35.110701	18.90966997	41443
70	0.967490	33.723345	15.55508913	34091
60	0.959916	32.597751	13.4219736	29416
50	0.952793	31.692765	11.93358368	26154
40	0.944832	30.892918	10.49538471	23002
30	0.933852	29.882336	8.919845047	19549
20	0.916423	28.447979	6.965135538	15265
10	0.876944	26.074346	4.427298403	9703
1	0.740928	20.678218	1.897674334	4159

イラスト２-BPG

品質	SSIM	PSNR[dB]	圧縮比	ファイルサイズ[byte]
0	0.996897	43.570406	48.59761912	106508
5	0.996682	43.414900	37.15271282	81425
10	0.996045	42.884148	24.83448392	54428
15	0.995024	42.013453	17.60744286	38589
20	0.992855	40.312587	12.21556558	26772
25	0.988194	37.938728	8.268731492	18122
30	0.979948	35.441437	5.515529537	12088
35	0.964099	32.523118	3.443099428	7546
40	0.932241	29.364095	1.952428101	4279
45	0.884078	26.420166	1.119258269	2453
50	0.810806	23.508739	0.550731647	1207
51	0.802086	23.051780	0.476357779	1044

そしてグラフです。

 

（グラフはクリックで拡大できます）

グラフは、横軸がSSIMで縦軸が圧縮比になります。圧縮比は元画像（PNG）を100としたファイルサイズ比になります。なので横軸を基準に見て、同じ程度の画質で圧縮比が良いのはどちらかという見方が出来ます。

圧縮比は低い方がより高い圧縮が出来ています。圧縮率だとグラフにしたときに不都合がありましたので、圧縮比にしています。

単色での圧縮比は予想通りですが、BPGには目を見張るものがあります。

JPEGもBPGもランダム画像には弱いことが分かります。周辺のピクセルとの相関がないものは圧縮には不向きですね。

 

つまり、GIGAZINEさんのところも先の紹介した記事も、みんな写真で比較していたけれど、高画質で見た場合にはどちらもそれほど大きな差は見られない。画質を落とせば違いは出るけど、それだと実用的じゃない（特に私はJPEGの場合、品質100しか使わないです）。とは言ってもJPEGの品質100がBPGの品質10～15あたり。とすると対JPEGとの圧縮比は50%。良い値です。

イラストの方は高画質高圧縮なのが見て取れます。イラストを非可逆圧縮で使うのかという疑問はありますけど、それなりに良いのではないでしょうか。こちらは、イラスト１のJPEGの品質100がBPGの品質20あたり。対JPEGとの圧縮比は20%。イラスト２のJPEGの品質100がBPGの品質15あたり。対JPEGとの圧縮比は30%。どちらもかなり良い結果です。

結果として、BPGはJPEGと同等画質にするならば、ファイルサイズが半分以下と言えます。

また、BPGはどちらかというとデジタルイラストの圧縮に向いていると言えます。

 

でもこのBPG、エンコードの時のオプションでHEVCの指定がありましたけど、もしかしてH.265/HEVCのアルゴリズムを使っているんでしょうか。