Mesure de la qualité de compression d'image : Correspondance entre PSNR, SSIM et les paramètres de qualité

PSNR, abréviation de Peak Signal-to-Noise Ratio (Ratio Signal-sur-Bruit de Crête), est défini mathématiquement comme 10 multiplié par le logarithme en base 10 de l'inverse de l'erreur quadratique moyenne entre l'image originale et l'image compressée, divisé par la puissance de crête du signal. Il est calculé à partir de l'erreur globale des valeurs de pixels, et son unité est le dB.

Une valeur de PSNR plus élevée indique une erreur de pixel plus faible, mais cette métrique ne correspond pas à la perception visuelle humaine. Une image compressée avec un PSNR élevé peut présenter des artefacts de blocage visibles, tandis que la différence sur une image avec un PSNR faible est difficile à détecter pour l'œil humain. Ceci est sa limitation principale.

SSIM, abréviation de Structural Similarity Index Measure (Indice de Similarité Structurelle), varie de 0 à 1. Une valeur plus proche de 1 signifie une différence structurelle plus faible entre l'image compressée et l'image originale. Cette métrique compare les images selon trois dimensions : luminance, contraste et structure, au lieu de compter uniquement les erreurs de pixels.

L'œil humain est plus sensible à l'information structurelle d'une image qu'aux erreurs de pixels aléatoires, et le SSIM attribue un poids plus important à la distorsion structurelle. Son score est donc plus proche du résultat de perception réel de l'œil humain.

La plage de paramètres de qualité de JPG, WebP et AVIF est de 1 à 100 pour les trois formats, et tous présentent des caractéristiques non linéaires. Lorsque le paramètre de qualité augmente de 90 à 100, la taille du fichier augmente considérablement, mais l'amélioration de la qualité est très limitée.

Lorsque le paramètre de qualité est inférieur à 60, chaque augmentation de 10 unités du paramètre apporte une amélioration de la qualité d'image bien plus importante qu'une augmentation de 80 à 90. Les changements de paramètres dans la plage de basse qualité affectent la qualité d'image de manière plus significative, tandis que le bénéfice marginal diminue rapidement dans la plage de haute qualité.

Ce test a sélectionné 10 images couleur conventionnelles issues de différents scénarios, couvrant des paysages, des portraits et des contenus mixtes texte-image, et a testé les valeurs de SSIM des trois formats avec différents paramètres de qualité respectivement.

Pour les trois formats, les valeurs de SSIM dans la plage de paramètres de qualité 75 à 85 sont comprises entre 0,98 et 0,995. La plupart des observateurs ne peuvent pas distinguer la différence entre les images compressées dans cette plage et les images originales, et la taille du fichier est de 40% à 60% plus petite qu'à la qualité 100.

Le sous-échantillonnage de chrominance 4:2:0 est la méthode d'échantillonnage de chrominance par défaut pour la plupart des formats de compression avec perte. Ce schéma réduit de moitié la résolution des canaux de chrominance, diminuant la quantité de données de chrominance d'environ 50%.

Pour les captures d'écran qui contiennent du texte petit et clair, l'échantillonnage 4:2:0 peut provoquer des artefacts de flou sur les bords du texte coloré. Si vous avez besoin de conserver le texte clair, vous pouvez choisir un format de compression qui utilise l'échantillonnage 4:4:4, comme PNG, ou WebP avec l'échantillonnage 4:4:4 activé.