濃縮的精華!從零開(kāi)始帶你認(rèn)識(shí)的圖片格式WEBP

2015-8-31    博博

藍(lán)藍(lán)設(shè)計(jì)bouu.cn )是一家專注而深入的界面設(shè)計(jì)公司,為期望卓越的國(guó)內(nèi)外企業(yè)提供有效的UI界面設(shè)計(jì)、BS界面設(shè)計(jì) 、 cs界面設(shè)計(jì) 、 ipad界面設(shè)計(jì) 、 包裝設(shè)計(jì) 、 圖標(biāo)定制 、 用戶體驗(yàn) 、交互設(shè)計(jì)、 網(wǎng)站建設(shè) 、平面設(shè)計(jì)服務(wù)

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來(lái)源:優(yōu)設(shè)網(wǎng)

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編者按:相信走在前列的設(shè)計(jì)師已經(jīng)知道了WebP這種圖片格式,比起JPEG、PNG 和 GIF ,它能在保證圖片精細(xì)度的同時(shí)縮小圖片體積,在 Google 的明星產(chǎn)品如 Youtube、Gmail、Google Play 中都可以看到 WebP 的身影,今天騰訊的同學(xué)@Hahn__研究后總結(jié)了一篇深度技術(shù)文《WebP 探尋之路》,不落人后,來(lái)學(xué)習(xí)吧。

想跟上大潮流,這篇熱門(mén)好文少不了:《我的征程是未來(lái)!帶你展望2015年最重要的網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)趨勢(shì)》不管是 PC 還是移動(dòng)端,圖片一直是流量大頭,以蘋(píng)果公司 Retina 產(chǎn)品為代表的高 PPI 屏對(duì)圖片的質(zhì)量提出了更高的要求,如何保證在圖片的精細(xì)度不降低的前提下縮小圖片體積,成為了一個(gè)有價(jià)值且值得探索的事情。

但如今對(duì)于 JPEG、PNG 和 GIF 這些圖片格式的優(yōu)化幾乎已經(jīng)達(dá)到了, 若想改變現(xiàn)狀開(kāi)辟新局面,便要有釜底抽薪的膽量和氣魄,而 Google 給了我們一個(gè)新選擇:WebP。

對(duì) WebP 的研究緣起于手機(jī) QQ 原創(chuàng)表情商城,由于表情包體積較大,在 2G/3G 的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下加載較慢。同事小貝恰好因?yàn)?2013 Google I/O Event 了解到了 WebP,于是我們便一起開(kāi)始了沒(méi)羞沒(méi)躁的技術(shù)預(yù)研,期待在原創(chuàng)表情圖片的質(zhì)量與體積之間尋找最美的平衡。

WebP 探尋之路

今年 WebP 圖片格式得到越來(lái)越多的關(guān)注,很多團(tuán)隊(duì)也開(kāi)始布道,前陣子的前端圈“走進(jìn)騰訊互娛前端技術(shù)專場(chǎng)”也有相關(guān)專題。借此熱潮,在這里把上一年的探索過(guò)程以及今年 WebP 新的發(fā)展一同分享出來(lái),同時(shí)也期待更多的人將其應(yīng)用于實(shí)際業(yè)務(wù)中。

什么是 WebP?

WebP(發(fā)音 weppy),是一種支持有損壓縮和無(wú)損壓縮的圖片文件格式,派生自圖像編碼格式 VP8。根據(jù) Google 的測(cè)試,無(wú)損壓縮后的 WebP 比 PNG 文件少了 45% 的文件大小,即使這些 PNG 文件經(jīng)過(guò)其他壓縮工具壓縮之后,WebP 還是可以減少 28% 的文件大小。

2010 年發(fā)布的 WebP 已經(jīng)不算是新鮮事物了,在 Google 的明星產(chǎn)品如 Youtube、Gmail、Google Play 中都可以看到 WebP 的身影,而 Chrome 網(wǎng)上商店甚至已完全使用了 WebP。國(guó)外公司如 Facebook、ebay 和國(guó)內(nèi)公司如騰訊、淘寶、美團(tuán)等也早已嘗鮮。目前 WebP 也在我廠很多的項(xiàng)目中得到應(yīng)用,如騰訊新聞客戶端、騰訊網(wǎng)、QQ空間等,同時(shí)也有一些針對(duì) WebP 的圖片格式轉(zhuǎn)換工具,如智圖iSparta等。

WebP 探尋之路

(Google 已和正在部署的 WebP 的產(chǎn)品)

可喜的是,直到今年,Google 對(duì) WebP 依舊投入了持續(xù)的熱情,2014 年的 Google I/O Event 中也出現(xiàn)了兩個(gè)介紹 WebP 應(yīng)用的視頻WebP 已大量應(yīng)用于全球流量消耗最多的 Google 產(chǎn)品中,你還有理由拒絕它嗎?

WebP 探尋之路

WebP 的優(yōu)勢(shì)

上面只是簡(jiǎn)單介紹了這種圖片格式的背景和應(yīng)用,不過(guò) “talk is cheap”,這種格式優(yōu)勢(shì)在哪里?除了壓縮效果極好,圖片質(zhì)量能否得到保障?這需要更理性客觀的數(shù)據(jù):

這里列舉一個(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)試:對(duì)比 PNG 原圖、PNG 無(wú)損壓縮、PNG 轉(zhuǎn) WebP(無(wú)損)、PNG 轉(zhuǎn) WebP(有損)的壓縮效果。更多測(cè)試查看  (請(qǐng)用 Chrome 瀏覽器打開(kāi))

WebP 探尋之路

可以得出結(jié)論:

  • PNG 轉(zhuǎn) WebP 的壓縮率要高于 PNG 原圖壓縮率,同樣支持有損與無(wú)損壓縮
  • 轉(zhuǎn)換后的 WebP 體積大幅減少,圖片質(zhì)量也得到保障(同時(shí)肉眼幾乎無(wú)法看出差異)
  • 轉(zhuǎn)換后的 WebP 支持 Alpha 透明和 24-bit 顏色數(shù),不存在 PNG8 色彩不夠豐富和在瀏覽器中可能會(huì)出現(xiàn)毛邊的問(wèn)題

WebP 的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在它具有更優(yōu)的圖像數(shù)據(jù)壓縮算法,能帶來(lái)更小的圖片體積,而且擁有肉眼識(shí)別無(wú)差異的圖像質(zhì)量;同時(shí)具備了無(wú)損和有損的壓縮模式、Alpha 透明以及動(dòng)畫(huà)的特性,在 JPEG 和 PNG 上的轉(zhuǎn)化效果都非常優(yōu)秀、穩(wěn)定和統(tǒng)一。

科技博客 GigaOM 曾報(bào)道:YouTube 的視頻略縮圖采用 WebP 格式后,網(wǎng)頁(yè)加載速度提升了 10%;谷歌的 Chrome 網(wǎng)上應(yīng)用商店采用 WebP 格式圖片后,每天可以節(jié)省幾 TB 的帶寬,頁(yè)面平均加載時(shí)間大約減少 1/3;Google+ 移動(dòng)應(yīng)用采用 WebP 圖片格式后,每天節(jié)省了 50TB 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間。

兼容性與可用性

現(xiàn)在問(wèn)題來(lái)了:WebP 的支持度和兼容性如何?

根據(jù)對(duì)目前國(guó)內(nèi)瀏覽器占比與 WebP 的兼容性分析,大約有 50% 以上的國(guó)內(nèi)用戶可以直接體驗(yàn)到 WebP,如果你的網(wǎng)站以圖片為主,或者你的產(chǎn)品基于 Chromium 內(nèi)核,建議體驗(yàn)嘗試。假如你打算在 App 中使用 WebP,除了 Android4.0 以上提供的原生支持外,其他版本以及 iOS 都可以直接使用官方提供的解析庫(kù)(Android 、iOS )。

為了驗(yàn)證 WebP 圖片格式的業(yè)務(wù)可行性,我們從流暢度、解碼耗時(shí)、CPU 使用、內(nèi)存占用幾個(gè)維度進(jìn)行的分析,在開(kāi)發(fā)同學(xué)們的幫助下得到了非常寶貴的測(cè)試數(shù)據(jù):

測(cè)試一

AndroidQQ 下 PNG 和 WebP 各指標(biāo)對(duì)比。

  • 測(cè)試環(huán)境:AndroidQQ、Galaxy Nexus、Android4.2.2 系統(tǒng)
  • 測(cè)試對(duì)象:WebP、PNG

測(cè)試數(shù)據(jù)(部分):

WebP 探尋之路

測(cè)試結(jié)論:

  • 解碼耗時(shí):WebP 的解碼時(shí)間是 PNG 格式的 4.4 倍(24.8ms)
  • 流暢程度:兩種格式下,AIO 滑動(dòng)流暢度無(wú)明顯差異
  • CPU使用:兩種格式下,連續(xù)發(fā)送 15 個(gè)表情,CPU 使用均在 10%—26% 之間波動(dòng),兩者無(wú)明顯差異
  • 內(nèi)存占用:兩者格式下,連續(xù)發(fā)送 15 個(gè)表情,PSS 內(nèi)存占用跨度均為 11M,無(wú)明顯差異

測(cè)試二

iPhoneQQ 下 PNG 和 WebP 各指標(biāo)對(duì)比。

  • 測(cè)試環(huán)境:iPhoneQQ、iPhone4、iOS5.1.1 系統(tǒng)
  • 測(cè)試對(duì)象:WebP、PNG

測(cè)試數(shù)據(jù)(部分):

WebP 探尋之路

測(cè)試結(jié)論

  • 解碼耗時(shí):WebP 的解碼時(shí)間是 PNG 的 5 倍 左右(64.1ms)
  • 流暢程度:WebP 的 FPS 平均值會(huì)比 PNG 的平均值要小,但是比較穩(wěn)定,跨度不大,性能也相差不大
  • CPU使用:總體上看,PNG 格式的表情使用 CPU 波動(dòng)比較大。從平均值來(lái)看 WebP 格式表情占用的 CPU 會(huì)比 PNG 表情的占用率大
  • 內(nèi)存占用:WebP 格式表情,占用內(nèi)存的跨度為 4M,波動(dòng)比較明顯。PNG 格式表情,占用內(nèi)存的跨度為 5M,沒(méi)有明顯波動(dòng)。停止發(fā)送表情后,40s 左右內(nèi)存均有回降

可見(jiàn)除了 WebP 在解碼時(shí)間與 PNG 有較明顯差異(毫秒級(jí)別)之外,總體使用體驗(yàn)和 PNG 基本無(wú)差異。同時(shí)也需要明確,移動(dòng)設(shè)備的發(fā)展迅猛,硬件升級(jí)快,上一年的表現(xiàn)也許在今年又有了明顯的提升。所以,在 App 中使用 WebP 基本沒(méi)有技術(shù)阻礙。

對(duì)原創(chuàng)表情商城的技術(shù)指導(dǎo)

在驗(yàn)證了業(yè)務(wù)可行性之后,WebP 又激發(fā)了我們對(duì)另外一些方向的思考:既然它表現(xiàn)如此優(yōu)秀,能否進(jìn)一步摸清其“秉性”,得到一些能在未來(lái)使用中遵循的指導(dǎo)方案?

于是,為了更深入了解 WebP 特性,我們針對(duì)原創(chuàng)表情項(xiàng)目 “不同的表情圖片,如何獲得 WebP 的最佳壓縮效率” 問(wèn)題繼續(xù)展開(kāi)探究,主要從圖片規(guī)格、色彩數(shù)(顏色數(shù)量)、參數(shù)配置幾個(gè)維度進(jìn)行:

探索一:圖片規(guī)格

通過(guò)閱讀文獻(xiàn)了解到 WebP 使用的是 Fancy 采樣算法,既然是采樣算法必然有采樣區(qū)塊,而 JPEG 的采樣區(qū)塊是 8*8,對(duì)于原始圖片的長(zhǎng)寬不是 8 的倍數(shù),都需要先補(bǔ)成 8 的倍數(shù),使其能一塊塊的處理,所以對(duì)于 8 的整數(shù)倍的圖片,壓縮會(huì)更。

那么 WebP 的采樣區(qū)塊會(huì)是多少?我們?cè)谄渌蛩乇3植蛔兊那疤嵯赂淖儓D片規(guī)格,選取了 200*200 附近多個(gè)規(guī)格值,得到了一些數(shù)據(jù)。將數(shù)據(jù)可視化之后可以看到凡是以 16*16 倍數(shù)(160*160、176*176、192*192、256*256)為規(guī)格的圖片,有損壓縮的比例都明顯大于以 4*4 或 8*8 的倍數(shù)為規(guī)格的圖片。

WebP 探尋之路

結(jié)論

原創(chuàng)表情可以考慮使用 “16n*16n” 的規(guī)格。目前原創(chuàng)表情選擇的是 200*200 的規(guī)格大小,實(shí)際上選擇 256*256 或者 192*192 能獲得更高的 WebP 壓縮效率,量級(jí)在千分之幾。

探索二:色彩數(shù)

在 JPEG 和 PNG 格式的選擇經(jīng)驗(yàn)上可以知道,對(duì)于色彩復(fù)雜的圖片,一般使用 JPEG 格式,而對(duì)于色彩單一的圖片,使用 PNG 格式。可見(jiàn)色彩數(shù)會(huì)影響圖片的壓縮效果。于是我們通過(guò) Photoshop 中的色階分離功能調(diào)整表情圖片的色彩數(shù),在其他因素保持不變的前提下對(duì)比不同色彩數(shù)對(duì)于 WebP 有損無(wú)損壓縮的影響。

WebP 探尋之路

可見(jiàn),在色彩數(shù)相對(duì)較少的前提下,無(wú)損壓縮的效果要優(yōu)于有損壓縮;而色彩數(shù)很多時(shí),有損壓縮效果要優(yōu)于無(wú)損壓縮,這個(gè)分界點(diǎn)在 256±100 之間。

結(jié)論:

建議原創(chuàng)表情盡量控制顏色數(shù)在 256 色以內(nèi),采用無(wú)損壓縮性價(jià)比最高。

  • 小于 256 色:以圖標(biāo),圖形,剪貼畫(huà)為代表,最適合采用 WebP 無(wú)損壓縮,精細(xì)度完美,體積大幅減少;
  • 大于 256 色:以多數(shù)表情圖,廣告圖為代表,最適合采用 WebP 有損壓縮,選擇較高壓縮比(建議壓縮質(zhì)量為 100% ~ 75%)
  • 遠(yuǎn)大于 256 色:以風(fēng)景照,視頻截圖為代表,最適合采用 WebP 有損壓縮,選擇適中壓縮比(建議壓縮質(zhì)量為 75% 以下)

探索三:色溫、漸變與雜色、直線與直線、描邊

WebP 探尋之路

隨后又從色溫、漸變與雜色、直線曲線、是否需要描邊上進(jìn)行了分析,最后的結(jié)論即:

  • 色溫并不會(huì)影響表情圖片的壓縮效果,可大膽用色
  • 漸變與雜色理論上都是增加色彩數(shù),它的壓縮規(guī)律從符合第二條,但建議表情圖片少用漸變雜色和不必要的線條
  • 直線與曲線理論上也是增加了色彩數(shù)(因?yàn)榍€邊緣會(huì)存在漸變),建議如果表情中可以“直”的地方就不要“彎”
  • WebP 格式的圖片不會(huì)存在毛邊問(wèn)題,所以不需要為表情圖片添加描邊

探索四:壓縮配置

為了得到無(wú)損壓縮和有損壓縮的最佳壓縮配置,我們通過(guò)對(duì) 900 張表情圖片進(jìn)行不同壓縮配置的測(cè)試(大部分表情圖片的色彩數(shù)都在 256 色以上),得到下面的數(shù)據(jù):

WebP 探尋之路

壓縮參數(shù)說(shuō)明:

  • -lossless:無(wú)損壓縮
  • -q:壓縮質(zhì)量,值越大越圖片質(zhì)量越好
  • -m:壓縮方式,值越大則圖片質(zhì)量越好,體積越小,但是耗時(shí)較長(zhǎng)

可以發(fā)現(xiàn),無(wú)損壓縮表現(xiàn)很穩(wěn)定,壓縮質(zhì)量越高,壓縮效果也越好。而有損壓縮在壓縮質(zhì)量設(shè)置為 75 以上之后,壓縮效果反而減弱,甚至壓縮后的圖片體積會(huì)大于壓縮前的體積。所以得出以下結(jié)論:

  • 選擇無(wú)損壓縮時(shí),“-lossless -q 100” 是最佳方案
  • 選擇有損壓縮時(shí),“-q 75”是最佳方案(圖片質(zhì)量與體積大小達(dá)到均衡)
  • 無(wú)論何種壓縮參數(shù),加上“-m 6”都能使得輸出的 WebP 圖片進(jìn)一步減少體積,量級(jí)是1%~2%,但是會(huì)增加耗時(shí)

最終,得出了一個(gè)正反面案例,從技術(shù)角度分析不同的表情圖標(biāo)的優(yōu)劣(強(qiáng)調(diào)一下是“技術(shù)角度”,這里列舉的表情都很贊 ^_^)。

WebP 探尋之路

動(dòng)態(tài) WebP 初探

了解完靜態(tài) WebP,下面再了解一下動(dòng)態(tài) WebP(Animated WebP):2013 年 11 月 21 日,Animated WebP 終于取得進(jìn)展,并在 Chrome32 Beta 中得到了支持。目前 Animated WebP 支持將 GIF 直接轉(zhuǎn)換成 Animated WebP,或者將多張 WebP 圖片組合成 Animated WebP。與傳統(tǒng)的 GIF 圖比較,Animated WebP 的優(yōu)勢(shì)在于:

  • 支持有損和無(wú)損壓縮,并且可以合并有損和無(wú)損圖片幀
  • 體積更小,GIF 轉(zhuǎn)成有損 Animated WebP 后可以減小 64% 的體積,轉(zhuǎn)成無(wú)損可以節(jié)省 19% 的體積
  • 顏色更豐富,支持 24-bit 的 RGB 顏色以及 8-bit 的 Alpha 透明通道(而 GIF 只支持 8-bit RGB 顏色以及 1-bit 的透明)
  • 添加了關(guān)鍵幀、metadata 等數(shù)據(jù)

假如你在使用 Chrome32 以上的瀏覽器,可以點(diǎn)這里體驗(yàn)。

WebP 探尋之路

但新興的事物必然存在不足的地方,Animated WebP 存在的問(wèn)題:

  • 消耗較多的 CPU 和解碼時(shí)間(多 1.5~2.2 倍)
  • 和 GIF 相比起來(lái)支持度還不夠,目前仍無(wú)法通用
  • 為了支持 Animated WebP,Chrome 的新內(nèi)核 Blink 添加了近 1500 行的代碼

根據(jù)自己實(shí)際的測(cè)試,發(fā)現(xiàn) Animated WebP 的壓縮效果較不穩(wěn)定,在默認(rèn)壓縮配置下達(dá)不到 Google 官方提供的示例效果。但 Animated WebP 依然有很多值得期待的空間,值得繼續(xù)關(guān)注。

綜合技術(shù)方案

對(duì)于不同場(chǎng)景下 WebP 的使用,我們總結(jié)了一些解決方案,如下:
1、若使用場(chǎng)景是瀏覽器,可以:

  • JavaScript 能力檢測(cè),對(duì)支持 WebP 的用戶輸出 WebP 圖片
  • 使用 WebP 支持插件:WebPJS:
  • 2、若使用場(chǎng)景是 App,可以:
  • Android 4.0 以下 WebP 解析庫(kù)
  • iOS WebP 解析庫(kù)
  • 3、轉(zhuǎn)換工具:
  • 智圖
  • iSparta
  • iSparta 是我們組針對(duì) WebP 和 APNG 兩種新型圖片格式的轉(zhuǎn)化而開(kāi)發(fā)的一款桌面應(yīng)用,直接圖片批量轉(zhuǎn)換為 WebP,同時(shí)提供多種參數(shù)配置,歡迎體驗(yàn)。
WebP 探尋之路

【跟上流行的必備好文】

色彩的學(xué)問(wèn)從來(lái)都是變幻多端的:
《快來(lái)跟上潮流!來(lái)了解一下2015年春夏流行色》

即將大幅流行的幽靈按鈕你都會(huì)了嗎?
《知根知底的趨勢(shì)!2014年最值得掌握的趨勢(shì)”幽靈按鈕”》

設(shè)計(jì)師必看的谷歌設(shè)計(jì)語(yǔ)言!
《該跟上潮流了!一大波優(yōu)質(zhì)的MATERIAL DESIGN資源免費(fèi)下載》

原文地址:騰訊 ISUX
作者:@Hahn__

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