. Оптимизация PNG и JPEG без потери качества. Часть 1
Оптимизация PNG и JPEG без потери качества. Часть 1

Оптимизация PNG и JPEG без потери качества. Часть 1

И так, как же происходит оптимизация? Давайте разберемся по порядку, в основном это происходит из-за нескольких причин, и сейчас мы их рассмотрим.

Non-interlaced или Interlaced
  • Non-interlaced — браузеры загружают их последовательно, сверху вниз, по мере поступления информации из сети.
  • Interlaced — до полной загрузки файла изображение в браузере отображается в низком разрешении. т.е. сначала Вы увидите изображение низкого качества, затем, по мере поступления графической информации, качество изображения будет постепенно улучшаться. Чересстрочное отображение позволяет уменьшить субъективное время загрузки и показать пользователям, что изображение загружается, однако чересстрочное отображение также увеличивает размер файла.
ColorType и BitDepth
  1. Grayscale;
  2. Grayscale + alpha;
  3. Palette (256 цветов);
  4. RGB;
  5. RGB + alpha.

PNG RGB + alpha — 17 853 байт

PNG Palette — 13 446 байт

Разница в размере — 4407 байт (24%), при этом визуально картинки не изменились. Если Вы видите разные изображение, то это оптический обман.

  1. 1-bit;
  2. 2-bit;
  3. 4-bit;
  4. 8-bit;
  5. 16-bit.

PNG 4-bit — 6 253 байт

PNG 8-bit — 5 921 байт

Разница в размере — 332 байт (5,3%), при этом визуально картинки не изменились. Если Вы видите разные изображение, то это оптический обман.

Обе технологии поддерживают почти все редакторы изображений, которые умеют сохранять в PNG, но об этом знают мало людей, и по этому разработчикам программ-оптимизаторов PNG приходится об этом заботиться.

Chunks

Если кто в танке не в курсе, PNG состоит из Chunks. Писать, что это такое Chunks не буду, можете сами прочитать. Лучше я покажу, для этого есть программа — TweakPNG, возьмите любое изображение формата PNG и откройте через данную программу и увидите всю структуру PNG.

Есть еще программы наподобие TweakPNG, но она лучшая и удобная. Об остальных программах расскажу в заключении.

  • Critical chunks присутствуют в любом PNG-изображении (IHDR, PLTE для PNG Palette, один и более IDAT и IEND).
  • Ancillary chunks являются дополнительными chunks, удаление тех или иных chunks позволяет уменьшить размер изображения, но не намного.
Оптимизация палитры

Может быть реализована только в PNG Palette, технология основана на оптимизации chunks PLTE, может уменьшить размер изображения, хотя и не намного. На мой взгляд лучше все это технология реализована в Color Quantizer, один из его алгоритмов был реализован и в TruePNG.

Оптимизация альфа-канала
    от автора Color Quantizer; — более продвинутая технология оптимизации и требует большего времени, может увеличить степень сжатия.

Оригинальное изображение. Размер — 214 903 байт.

CryoPNG (параметр -f0). Размер — 107 806 байт.

CryoPNG (параметр -f1). Размер — 105 625 байт.

CryoPNG (параметр -f2). Размер — 107 743 байт.

CryoPNG (параметр -f3). Размер — 114 604 байт.

CryoPNG (параметр -f4). Размер — 109 053 байт.

Недостаток CryoPNG — требуется оптимизация всех пяти изображений для выявления наилучшего результата, а это в свою очередь требует большого количества времени. TruePNG работает в этом плане аналогично CryoPNG -f0, в свою очередь CryoPNG -f0 является оптимальным с точки зрения оптимизации PNG (как говорится это просто опыт). По моим наблюдениям, CryoPNG -f1 и CryoPNG -f4 намного чаще оптимизируют PNG лучше CryoPNG -f0, по сравению с CryoPNG -f2 и CryoPNG -f3.

Алгоритм сжатия Deflate + Фильтрация строк

Как мы же говорили, PNG состоит из Chunks, в данном случае, нас интересует Chunks — IDAT. Для его сжатия в основном играют два фактора, фильтрация строк и алгоритм сжатия Deflate. Давайте об этом поговорим поподробнее.

Фильтрация строк
  1. None — фильтр отсутствует;
  2. Sub смотрит байт в той же строке;
  3. Up — с тем же номером, что и текущий в предыдущей;
  4. Average берет оба и считает от них среднее арифметическое;
  5. Paeth смотрит байт перед байтом в предыдущей строке, сравнивает разницу и кодирует наименьшую.
    ; .
Алгоритм сжатия Deflate

На сегодняшний день есть несколько библиотек, основанных на алгоритме сжатия Deflate: Библиотека Deflate Скорость работы Степень сжатия Программы Примечание Zlib Высокая Низкая TruePNG OptiPNG PNGWolf Благодаря высокой скорости работы может быстро перебрать большое количество значение параметров и выбрать оптимальные. 7-zip Средняя Средняя AdfDef PNGWolf Не всегда выбранные значения параметров в Zlib являются для них оптимальными (близки к оптимальным). Перебор значений параметров будет занимать большое количество времени и почти всегда затраченное время не оправдывает полученный результат. Kzip Низкая Высокая PNGOut PNGWolf использет одновременно и Zlib, и 7-zip.

Важно: все эти программы дополняют друг друга, и они сильны, когда едины. Это самое большая проблема, когда их используют отдельно, а потом сравнивают полученные результаты. В первую очередь надо использовать Zlib, а потом уже 7-zip и/или Kzip.

В следующей части мы поговорим об этих программах поподробнее, а также построим три алгоритма оптимизации PNG (с учетом оптимизации альфа-канала) по степени сжатия и затраченного времени. Ниже приведен условный график зависимости степени сжатия от затраченного времени на оптимизацию Chunks IDAT.

Как видно из графика, чем больше степень сжатия, тем больше времени требуется.

И еще немного.

Итак мы переходим к JPEG, здесь все гораздо проще, и так продолжим. Но перед этим скажу, что JPEG нельзя пересохранить не потеряв качество, даже со степенью качеством 100 (это не максимальное качество, а математический предел оптимизации). Рассмотрим следующий пример (чтобы было честно, изображения были оптимизированы по одному и тому же алгоритму).

Оригинальное изображение — 52 917 байт.

Новое изображение (сохранен через Adobe Photoshop CS5, Save for Web 100) — 53 767 байт

Строим diff-разницу изображений.

Вот так вот сильно изменилась картинки, да, визуально ничего не заметно. Как видно размер картинки увеличился. Это из-за специфики библиотеки, которая создает JPEG, о библиотеках поговорим чуть позже.

Есть только одна программа, которая позволяет пересохранить изображения в JPEG не потеряв качество — BetterJPEG (есть плагин к Adobe Photoshop). Если не ошибаюсь, для жителей стран СНГ для некоммерческого использования программа бесплатная. Лично я использую BetterJPEG, когда нет исходника и требуется незначительное редактирование изображения. Рассмотрим пример работы BetterJPEG.

Новое изображение (усложняем ситуацию, добавляем надпись «HTML»).

Строим diff-разницу изображений.

Markers

JPEG в отличие от PNG состоит из маркеров. Рекомендую прочитать статью «Структура файла, маркеры», также рекомендую вообще посмотреть сам сайт. Самая мощная программа по изучению структуры JPEG — JPEGsnoop. Есть еще программы, но о них расскажу в заключении. Для изучения структуры JPEG рекомендую следующее изображение — PhotoME. Удаления некоторых маркеров (APP0-APP15, COM), может существенно уменьшить размер изображения. Мне больше всего для этого нравится программа — Jhead, наиболее простая и удобная.

Progressive и Optimized
  • Стандартный. Сейчас почти не используется, аналогичен оптимизированному методу (степень сжатия хуже).
  • Оптимизированный (Optimized) — создается улучшенный файл JPEG с меньшим размером файла. Браузеры загружают их последовательно, сверху вниз, по мере поступления информации из сети.
  • Прогрессивный (Progressive) — изображение выводится как последовательность наложений, что позволяет отобразить изображение с низким разрешением до полной его загрузки, т.е. сначала Вы увидите изображение низкого качества, затем, по мере поступления графической информации, качество изображения будет постепенно улучшаться. Internet Explorer, включая восьмую версию, не поддерживает прогрессивную загрузку JPEG, он его показывает только после полной загрузки файла, что сильно отличается от поведения «традиционного» JPEG, когда изображение отображается сверху вниз, по мере загрузки.
Библиотека создания JPEG
    использует свои собственные библиотеки, их вообще несколько, например, Adobe Photoshop, Save for web — используется для сохранения в WEB. . Использую почти все программы, которые умеют сохранять в JPEG, включая Adobe Fireworks. В библиотеке LibJPEG есть очень интересная программа — JPEGTran (оптимизирует изображение, без потери качества). Имеет смысл применять, если Вы создаете изображения JPEG через Photoshop или Illustrator и оптимизируете через JPEGTran, то получаете максимальный эффект оптимизации, т.к. выходит, что используются две библиотеки. К сожалению, у меня так и не получилось заставить Photoshop сохранять в JPEG, без потери качества.

Сказать какая из двух библиотек оптимизирует лучше, вопрос очень сложный и не однозначный, но из-за очень высокой скорости работы JPEGTran, Вы просто не замечаете его работу, только не забывайте проверять размер изображения, увеличился или нет, Все это можно сделать и через bat. Помните, JPEGTran может переводить JPEG из Progressive в Optimized и наоборот, не изменяя саму картинку.

Заключение

Это конечно все причины, но наиболее существенные. Почти со всеми авторами приведенных программа я общался, и все они очень талантливые люди. Хотел отдельно поблагодарить x128 за огромную помощь в изучении оптимизации изображений.

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎