QOI圧縮とは

QOI　は Quite OK Image の略らしいです（どうなんですかねこのネーミング）。
先日(2021/12/20)、ファイルフォーマット規定の ver1.0 が発表されました。
https://phoboslab.org/log/2021/12/qoi-specification
このQOI圧縮、なかなか興味深いので掘ってみます。

特徴

この圧縮方式の特徴は、とにかく実行速度が速いこと。ソースを見ればわかりますが、非常にシンプルなプログラムで、一見して「こりゃ速いよね」とわかります。コードも小さいしワークも少ないので、広範囲のIoT機器で実装できそう。ゲーム実装でも有効な場面は多いと思います。

そんな話を適当に流したい、そんな方は
https://voicy.jp/channel/2462/252474
こちらに概要を伝えた10分弱の音声解説を置きました。（BGMは外せます。スマホでVoicyアプリを入れるのがよいでしょう）

実験

githubより

を落として、そこにある qoi.h を #include してね、というそれだけ。Makefileすらありません。その qoi.h もシンプル。このオリジナルはＣ言語ですが、有志によりすでにさまざまな言語にポーティングされているようです。

サイズ検証

サンプルの qoiconv をビルドして、いくつかの画像を試してサイズを確認しました。
使用した画像は https://samplelib.com/sample-png.html といらすとやさんから拝借しています。最後のノイズ画像は自作です。数値はバイト数と圧縮率で、注目すべき圧縮率に緑・青で色をつけています。

	無圧縮	PNG	QOI	QOI(pre)
	1,440,000 100%	705,670 49%	817,088 56.7%	897,536 62.3%
	360,000 100%	195,459 54.3%	256,683 71.3%	266,178 73.9%
	360,000 100%	124,864 34.7%	156,769 43.6%	158,766 44.1%
	360,000 100%	271,068 75.3%	327,451 91%	359,014 99.7%
	360,000 100%	153 0.04%	1,959 0.54%	50 0.01%
	2,934,080 100%	386,601 13.2%	375,828 12.8%	384,337 13.1%
	1,048,576 100%	1,050,600 100.19%	1,309,682 124.9%	1,306,558 124.6%

いちばん右のカラム QUI(pre) というのは、このフォーマットが規定するひと月ほど前に公開された前バージョンのQOI圧縮です。その時点でも調査していたので併記しました。1.0になってもコンセプトは変わりませんが、実装はかなり変わっていて、圧縮率にも差が出ています。

考察

おおむね、写真のような画像に関してはPNGのほうが圧縮率が高いのがわかります。いっぽうでイラスト調の画像ではQOI圧縮に軍配が上がります。

赤のベタ塗り画像に関してはQOIはかなり負けています。これはQOIの前バージョンと大きく変わったポイントです。ベタ画像はそもそも縮むので、そこで極端に小さくしなくても良かろう、ということでしょう、同意できるところです。

ホワイトノイズに関しては、どの圧縮でも元の画像よりも大きくなりますね。意外とPNGは、ノイズでも大きくなりませんね。

まとめ

圧縮率だけを比較すればPNGなのでしょうけど、encodeも含む速度で有利となると、QOI圧縮の利用範囲は広そうです。画像によってはPNGよりも縮みます。
なにより、この2021年になって新しい画像圧縮が、こんなシンプルな形で登場したことに驚きました。