Pull to refresh
0
Rating

Устройство WebP

.io corporate blog Image processing *
WebP — сравнительно новый формат от Google. Картинки в этом формате занимают на 30% меньше места на странице благодаря особому сжатию, построенному на кодировании ключевых кадров в видеокодеке VP8.

WebP поддерживает сжатие с потерями и без, разные степени прозрачности, метаданные и может содержать встроенный ICC-профиль. Но пока не все браузеры и приложения поддерживают формат.

image


Как устроено сжатие в WebP


Сжатие с потерями основано на утверждении, что яркость и цвет соседних пикселей мало отличаются друг от друга.

Изображение делится на макроблоки. Внутри каждого макроблока декодер предсказывает яркость и цвет следующего пикселя на основе ранее полученных блоков. Он использует уже декодированные пиксели в непосредственной близости от каждого из макроблоков, и пытается закрасить неизвестные фрагменты в них. Таким образом данные о фрагментах, которые можно предсказать могут считаться лишними и удаляются из кода, что обеспечивает более эффективное сжатие.

После математически обратимого преобразования (с помощью ДКП) результат подвергается квантованию и энтропийному кодированию.

image

Lossy WebP


В lossy WebP используется арифметическое кодирование — один из алгоритмов энтропийного сжатия. В WebP используется блочное квантование и биты распределяются адаптивно между различными фрагментами изображения: меньшее количество бит для фрагментов с низкой энтропией и большее — для фрагментов с высокой. Такое кодирование считается более гибким, чем код Хаффмана (который использует JPEG).

JPEG делит изображение на одинаковые блоки, а технологии кодирования WebP использует умное деление. В тех частях картинки, где есть много мелких и быстро изменяющихся деталей блоки имеют размер 4 х 4 пикселя, а в монотонных областях — 16 х 16.

image

Как происходит прогнозирование


Декодер VP8 имеет 2 класса прогнозирования:

  • Intra — внутрикадровое пространственное предсказание блока на основе значений пикселей из соседних, уже закодированных блоков, слева и сверху.
  • Inter — межкадровое временное предсказание (оценка векторов движения).

Intra имеет четыре алгоритма прогнозирования для блоков 16х16 и 8 для детализирующих блоков 4 х 4:

  • H_PRED горизонтальное прогнозирование. Заливает следующую колонку на основе той, что находится слева от нее.
  • V_PRED вертикальное прогнозирование. Заливает следующий ряд на основе предыдущего верхнего.
  • DC_PRED заполняет блок, используя усредненные значения цвета и яркости пикселей строки
  • TM_PRED заполняет блок, используя не только усредненные значения строки A и колонки L, но и пиксель P, который находится сверху и слева от блока. Каждая строка начинается с пикселя в колонке L и заполняется в соответствии с различиями пикселей в колонке, начиная от пикселя P.

Изображение разбивается на сегменты, которые имеют явно схожие характеристики. Для каждого такого сегмента параметры сжатия и способы прогнозирования настраиваются независимо. Таким образом биты перераспределяются туда, где они наиболее полезны.

image

Сжатие без потерь


При сжатии без потерь используется вариант алгоритма LZ77 — кода Хаффмана. А также пространственное прогнозирование и преобразование цветового пространства.

Не только прогнозирование


Сжатие с альфа-каналом

Формат WebP позволяет получить сжатую картинку с альфа-каналом без потерь. Раньше, чтобы получить прозрачность все изображение должно было быть lossless. А в WebP можно уменьшить вес картинки с прозрачными областями.

Цветовое преобразование

Также в WebP используется методы адаптивного квантования цветовой составляющей, чтобы предотвратить влияние цветовых каналов друг на друга. Изображение делится на блоки и для каждого блока применяется свой режим трансформации green_to_red, green_to_blue или red_to_blue. Цветовое преобразование сохраняет неизменным значение зеленого канала G, преобразует красный R в зависимости от зеленого, и синий В в зависимости от зеленого, а затем в зависимости от красного.

Цветовое кеширование

Сжатие lossless WebP использует уже обработанные фрагменты изображения для работы с новыми пикселями. В случае если подходящие совпадения не найдены, используется локально созданная палитра. Эта палитра постоянно обновляется цветами, найденными при сканировании картинки.

Индексирование палитры

Если в картинке используется менее 256 цветов, алгоритм создает отдельный массив индексов цветов и сохраняет его отдельно, чтобы подменить значение цвета на индекс для каждого пикселя.

Для картинок с небольшим количеством мелких деталей используется технология апскейлинга. Прежде чем кодироваться — изображение ресайзится.

Статья написана на основе этого материала. А попробовать webp сжатие можно тут.

Конспект


  1. В WebP картинка делится на макроблоки. Блоки размером 4х4 px для мелких деталей и 16х16 для монотонных областей.
  2. Внутри каждого макроблока декодер предсказывает яркость и цвет каждого следующего пикселя на основе ранее полученных.
  3. В lossy WebP используется арифметическое кодирование, а в lossless — код Хаффмана.
  4. WebP позволяет получить сжатую картинку с альфа-каналом без потерь.
Tags:
Hubs:
Total votes 36: ↑33 and ↓3 +30
Views 21K
Comments Comments 24

Information

Website
onthe.io
Employees
11–30 employees
Registered