Pied Piperによってパターン化された算術コーディング
隣接する64ビットJPEGブロックの離散コサイン変換係数の予測
Dropboxは、新しいLeptonストリーミング画像圧縮形式（ Githubリポジトリ ） のソースコードをリリースしました 。 Leptonソースコードは無料のApacheライセンスの下で公開されています。 新しい無料のアルゴリズムを最適化するために、誰もが招待されています。
LeptonはJPEGファイルの平均圧縮率22％を示し、JPEGブロックのDCT係数を予測し、これらの係数を算術エンコーダーのコンテキストに取り込みます。つまり、隣接ブロックのデルタ係数をエンコードします。
レプトンの仕組み
ご存知のように、JPEG形式は画像を8×8ピクセルのブロックに分割します。 このような各ブロックは、輝度と色の10ビットDCT係数の計算により、離散コサイン変換（DCT）を受けます。 したがって、16×16ピクチャは、それぞれに64個のDCT係数を持つ4つのJPEGブロックにエンコードされます。
結果の10ビットDCT係数は、シリーズコーディングとハフマンコードを使用して量子化およびパッケージ化されます。
JPEG標準では、より効率的な算術コーディングも使用できますが、特許の制限により（JPEG標準で説明されている算術QMエンコーダーの特許はIBMが所有しています）、実際にはほとんど使用されていません。
レプトンアルゴリズムは、ジグザグにブロックから係数を渡し、 VP8算術エンコーダーでデータをエンコードします。
イメージ内の以前の64ビットブロックからコンテキスト情報を慎重に選択すると、コーディング効率が大幅に向上します。 たとえば、隣接ブロックの境界ピクセルの値から特定のピクセルの係数の値を予測します。
レプトンは係数を使用して他の算術演算を実行します。 たとえば、輝度係数をすべての彩度の後にチェーンの最後に転送することにより、追加の利点が得られます。 さらに、この形式では、係数値はよりコンパクトなバイナリ表現で書き込まれ、最初の文字は破棄されます。これは、すべてのバイナリ値で最初の文字が1以上であるためです。
ロスレス圧縮のためにこの情報を使用してそれらを分析することにより隣接ブロックの係数を予測する方法は、架空の会社Pied Piperによって発明されたSilicon Valleyシリーズで説明されました。 映画のフレームでは、このアルゴリズムはプレゼンテーションスライドの1つに「MIDDLE OUT !!」という署名とともに表示されています。
性能
輝度係数のデルタのみをエンコードすると、通常のJPEGファイルでボリュームが39％減少します。通常、輝度係数はファイルサイズの約8％を占めます。 ただし、他の圧縮技術と合わせて、全体の圧縮率は平均で22％です。 このグラフは、さまざまなデジタルカメラとスマートフォンのテストサンプルで10,000個の画像を処理した結果を示しています。
JPEGファイルは5〜9 MB / sの速度で圧縮され、解凍は15〜25 MB / s、24 MBのRAMを消費します。IntelXeon E5 2650 v2 2.6 GHzコンピューターでは、開発者は書いています。
DropboxはLepton形式を使用して、Dropboxホスティングで160億枚の画像をエンコードし、数ペタバイトを解放しました。 現在、Dropboxはすべての古いファイルのエンコーディングを急速に進めています。これにより、保存される情報量が大幅に節約されます。 データの安全性は、エンコードプロセスによって保証されます。圧縮および解凍後の各ファイルは、元のファイルとビットごとにチェックされ、その後、元のコピーが削除されます。 セキュリティを強化するために、Leptonとともに、seccompシステムコールフィルターがLinuxカーネルレベルで起動されます。これにより、既に開いているファイル記述子に対する読み取りおよび書き込み操作を除くすべてのシステムコールが禁止されます。
Jpegが古い
現在、圧縮率と速度においてJPEGよりも優れた多くの画像圧縮形式があります。 たとえば、 WebP形式もVP8エンコーダーを使用し、パフォーマンスの点でJPEGよりも優れています。 WebP形式は多くのブラウザでサポートされており、インターネット上で画像を公開するためにますます使用されています。
テストではWebPをも上回る無料のFLIF形式がまだあります。 比較テスト（ 結果 ）が示すように、FLIFファイルは平均して：
- ロスレスWebPより14％少ない、
- ロスレスBPGより22％少ない、
- ZopfliPNGを介したブルートフォースでは、PNGよりも33％少なく、
- 典型的なPNGよりも43％少ない、
- Adam7インターレースアルゴリズムによって最適化されたPNGが46％削減され、
- 53％少ないロスレスJPEG2000、
- 74％ロスレスJPEG XR。
競合他社の中から個々の画像に最適な圧縮形式を選択したとしても、画像の種類（写真、グラフィック、8ビット以上）に応じて、FLIFには中央値で約12％（平均で19％）の利点があります。 したがって、FLIFの主な利点は、最高の圧縮比と汎用性であり、あらゆる種類の画像で動作します。 FLIFは、あらゆる種類の画像ですべての競合他社を打ち負かします 。 画像タイプの比較テスト結果はこちらをご覧ください 。
問題は、WebPまたはFLIFを優先して廃止されたJPEGを放棄することが非常に難しいことです。この形式は広すぎます。 したがって、「下位互換性のある」レプトン形式は、一時的な解決策として役立つ場合があります。 5ギガバイトの写真をディスクに保存すると、ロスレス圧縮を使用して1ギガバイトのディスク容量をすばやく解放できます。