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Guetzli検証(その1)

 最近話題のGoogleJPEGエンコーダGuetzliの検証を行ってみました。かなりの所要時間を要するので、ある程度まとまった単位で分割して記載します。
 

テスト条件

  • 処理環境
OS
Windows 10 Home (64bit)
CPU
Core i5 3337U (1.8GHz / Max. 2.7GHz)
Memory
4GB
Imagemagick(libjpeg検証用)
7.0.1-2 Q16 x64
Guetzli
guetzli_windows_x86-64.exe V1.0
  • 入力画像

明確なエッジの少ない空と雲の画像
空。雲と空の曖昧なグラデーション部が多く、明確な輪郭は少ない。

入力画像解像度
1920x1440 pixel
ビット深度
24 bit

 

テスト条件補足
  • 非圧縮TIF画像を入力画像として用意したが、GuetzliはTIFに対応していないため、予めPNGに変換した。
  • 解像度4200x3154ではメモリが枯渇してOSによる警告および、アプリケーション自体の異常終了が発生したため、予め長辺がFullHD相当の1920pxにリサイズした画像を入力画像とした。
    • Windowsによる警告
      Windowsによるguetzli_windows_x86-64.exeのメモリ不足警告
    • Guetzliのエラーメッセージ
Unhandled expection. Most likely insufficient memory available.
Make sure that there is 300MB/MPix of memory available.
  • Qualityパラメータは10毎に計測しようと思ったが、Guetzliはソースコードをいじらない限り84未満の指定ができない*1とエラーメッセージが表示されるため、84以降1ステップで計測した。
Guetzli should be called with quality >= 84, otherwise the
output will have noticeable artifacts. If you want to
proceed anyway, please edit the source code.
Guetzli processing failed

結果

Condition_Quality OutputSize [Bytes] ProcessingTime [sec]
libjpeg_10 24,291 0.16
libjpeg_20 35,330 0.27
libjpeg_30 47,259 0.15
libjpeg_40 58,428 0.16
libjpeg_50 69,655 0.16
libjpeg_60 82,340 0.15
libjpeg_70 103,393 0.30
libjpeg_80 142,613 0.22
libjpeg_84 173,414 0.23
libjpeg_85 180,249 0.17
libjpeg_86 194,282 0.35
libjpeg_87 202,433 0.17
libjpeg_88 220,210 0.19
libjpeg_89 229,921 0.23
libjpeg_90 323,260 0.19
libjpeg_91 349,969 0.33
libjpeg_92 368,705 0.28
libjpeg_93 419,353 0.26
libjpeg_94 480,215 0.24
libjpeg_95 548,990 0.26
libjpeg_96 657,608 0.32
libjpeg_97 777,019 0.37
libjpeg_98 934,588 0.24
libjpeg_99 1,334,466 0.43
libjpeg_100 1,868,807 0.38
guetzli_84 131,937 117.74
guetzli_85 146,034 131.31
guetzli_86 155,491 138.84
guetzli_87 160,886 147.11
guetzli_88 172,701 192.43
guetzli_89 183,676 195.40
guetzli_90 198,000 182.16
guetzli_91 216,982 189.56
guetzli_92 261,865 198.59
guetzli_93 329,867 239.18
guetzli_94 411,397 294.32
guetzli_95 498,206 376.53
guetzli_96 662,492 525.71
guetzli_97 904,085 622.04
guetzli_98 1,261,812 1,303.04
guetzli_99 1,898,535 1,035.54
guetzli_100 1,943,397 291.80

エンコーダとQualityパラメータ毎の所要時間・ファイルサイズ散布図
 

考察

  • Guetzliは実用的とは言い難い劣悪な動作パフォーマンスを示す
    • 安定してlibjpeg(Imagemagick)より100倍以上遅く、パラメータによっては1000倍以上遅い
    • libjpegはqualityパラメータによる処理時間差異はほとんど無いが、GuetzliはQualityパラメータが上昇するにつれて概ね遅くなる傾向がある(98から低下する?)
    • Core i5 3337Uは2core/4threadであるが、guetzli_windows_x86-64.exeはCPU使用率25%で張り付くことから、シングルスレッド動作となっており、マルチコアCPUによる処理速度向上は見込めない
      • Turbo Boostは効いているため、ベースクロックおよびブースト時の動作クロックが高いプロセッサ搭載機で所要時間短縮を図ることはできそう
      • 処理対象画像が複数あるならシングルスレッド動作であることを逆手にとって、並列実行することでスループット向上を図れそう(但しメモリを潤沢に搭載する必要がある)
  • libjpegと比較して同一クオリティなら画像サイズが小さいという触れ込みだが、このサンプル画像では有意に小さいとは言えない
    • 但し、「同一クオリティ」とは何なのかの定義にもよる。単純にQualityパラメータの設定値そのものではなく、人間の目による視覚的な評価では違う結果になる可能性もある
  • オリジナル画像から失われる情報はlibjpegもGuetzliも似たような領域で発生する
    • Guetzli (Quality 100)と元画像との差分の正規化イメージ
      差分(元画像-Guetzli)
    • libjpeg (Quality 100)と元画像との差分の正規化イメージ
      差分(元画像-libjpeg)
  • 以上より、本サンプル画像のように明確なエッジの少ない画像に対してGuetzliを積極的に利用する理由は無いと考えられる
    • 異なる画像パターン及び高解像度画像の場合については別途要検証

 



以上。

*1:noticeable artifactsが現れるほど汚いため、実用範囲外として除外していると思われる

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