Опубликованы спецификации графического формата QOI, который в 20–50 раз быстрее PNG
Примерно месяц назад польский программист Доминик Шаблевски представил на суд публики новый графический формат QOI (Quite OK Image). Формат сжимает без потери качества, ориентируется на максимальную скорость кодирования/декодирования изображений, и по бенчмаркам значительно превосходит libpng и stbi. Разница в сжатии составляет 20−50 раз, в декомпрессии — 3−4 раза.
Кроме того, формат сжатия исключительно простой, закодирован буквально в 300 строчек кода, и работает по простым правилам типа кодирования повторов (RLE). Естественно, он не связан никакими лицензионными соглашениями и ограничениями.
И вот вчера после исправления всех недочётов наконец-то опубликованы финальные спецификации, так что теперь QOI документально забетонирован и его можно начинать использовать в продакшне. Что примечательно, полные спецификации QOI поместились на одной странице!
Собственно, вот эта страница, то есть спецификации формата целиком:
В спецификациях описан весь алгоритм кодирования. Доминик уже объяснял, что он обычный разработчик и не очень хорошо разбирается в сложных методах, которые используются в современных графических кодеках. Как программист он реализовал простые математические методы. Изображение кодируется в один проход, каждый пиксель считывается только один раз и кодируется одним из четырёх методов, по порядку:
- Если пиксель равен предыдущему, счётчик увеличивается на единицу. Если нет, то применяется метод 2, и так далее
- Пиксель равен элементу массива последних пикселей
- Записывается разница с предыдущим пикселем, если она небольшая
- Полное значение RGBA
Результирующие значения записываются в группы с указанием сначала тега (метод кодирования), после которого идут биты. Все группы выровнены по байтам для ускорения доступа в памяти.
За месяц автор получил более 500 комментариев, в том числе по оптимизации формата, так что теперь QOI стал ещё быстрее, а уровень сжатия вырос, см. бенчмарки на 2879 изображениях. Что самое удивительное, благодаря подсказкам коллег алгоритм сжатия стал ещё проще — автор удалил из формата заголовок size и некоторые лишние процедуры. Код референсного кодека и декодера опубликован на Github. Естественно, в него можно вносить любые изменения и дополнения, приспосабливая для своих нужд.
За последние несколько недель написаны реализации QOI для многих популярных языков программирования и библиотек, включая Zig, Rust, Rust, Rust, Go, TypeScript, Haskell, Ć, Python, C#, Elixir, Swift, Java и Pascal, обёртки (врапперы) для Python и Lua. Разработано нативное приложение для просмотра файлов QOI, плагины для Gimp, Paint.NET и XNView MP, планируется поддержка в SDL_Image.
Бенчмарки, база 2879 изображений
mpps — миллионов пикселей в секунду
QOI показывает разную эффективность на изображениях разных типов: скриншоты, текстуры, фотографии, иллюстрации из Википедии и т. д. На некоторых картинках он кодирует в 60 раз быстрее PNG, а на других только в 30.
Новый формат предназначен для задач с интенсивным кодированием/декодированием изображений, где важен не столько размер изображений, сколько нагрузка на CPU и скорость. Например, вычисления на облачном сервисе (с оплатой за CPU), обработка больших фотоколлекций, нагрузка headless-браузеров, скриншоты, веб-скрапинг и др. В наше время накопители очень дёшевы, так что скорость зачастую становится более важным фактором, чем экономия дискового пространства.
