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System.Drawing.Bitmapからの移行先をくっそまじめに検討した

2025/03/26に公開

 はじめに.NET Frameworkと.NET 8.0-windowsで、System.Drawing.Bitmapに依存した実装に十年以上も縛られ続けてきました。
いい加減、真面目に非Windows環境での動作に対応しようという事で、各種画像ライブラリーについて真面目に評価してみました。ただし、あくまで画像ファイルからのデコードと二値化処理に特化した評価になっていますので、かなりニッチな評価だとは思います。
参考になるようであれば、ぜひご利用ください。

 評価内容JPEGと二値のTIFF、WebPの3種類の画像ファイルをデコードし、画像解析用の二値のバイト列へデコードする。

 評価結果先に結論だけ記載すると、つぎのようになりました。
ImageSharpのJPEGデコードアルゴリズムが、System.Drawing.Bitmapと微妙に異なっていました。
目視では分からないレベルだとは思いますが、システム処理している場合に移行する際は注意が必要そうです。

 評価ライブラリ

#
ライブラリ
ライセンス
補足


1
Aspose
有償


2
ImageSharp
有償
非商用・小規模商用利用は無償

3
LibTiff.Net
New BSD License
TIFF専用

4
Magick.NET
Apache License 2.0


5
SkiaSharp
MIT License


6
System.Drawing.Bitmap
-


※ ImageSharpはv3から大規模商用の場合は有償になりました
※ ImageSharpはJPEGのYCbCrからRGBへの色空間変換アルゴリズムがSystem.Drawing.Bitmapと異なります
上記の2点から、私の用途ではImageSharpはそもそも除外することになりました。

 評価環境

#
OS
CPU
CPU Core
Clock
GPU
メモリ


1
Windows 11
AMD Ryzen 9 7950X
16
最大 5.7 GHz
NVIDIA GeForce RTX 4060 Ti
96GB

2
Windows 11
Intel Core i9-13900H
8
最大 5.4 GHz
NVIDIA GeForce RTX 4070 Laptop
32GB

3
Windows 11
XEON PLATINUM 8573C
8
最大 3.5 GHz
Intel Xe
32GB

4
Windows Server 2022
XEON PLATINUM 8573C
8
最大 3.5 GHz
Intel Xe
32GB


 評価ランタイム.NET Framework 4.8.1
.NET 8.0

 評価OSWindows Server 2022
Windows 11
脱WindowsといってるのにWindowsだけですみません。

 処理内容画像のデコード
大津の二値化による二値化
具体的には下記のベンチマークなどを参照してください。
https://github.com/nuitsjp/NuitsLabo/tree/master/ImageLibBenchmarks

 分析詳細
 JPEG
 処理速度まず評価環境#4のWindows Server 2022でベンチマークを取得して比較します。


#
ライブラリ
処理時間[ms]
性能比
Allocated[Bytes]


1
ImageSharp
53.087
100%
8,721,641

2
System.Drawing.Bitmap
65.191
81%
1,348

3
SkiaSharp
70.241
76%
1,546

4
MagickNet
101.435
52%
34,790,147

5
Aspose
167.711
32%
137,316,035

性能的にはImageSharpが良いのですが、System.Drawing.Bitmapとの互換性や、ライセンス的に今回は除外する方向で検討したいです（この時点では未決定）。
そのため、移行先の第一候補はSkiaSharpとして後続を検討します。
メモリーのアロケートはSystem.Drawing.BitmapとSkiaSharpが極端に小さいですが、これは.NETの管理外メモリーが利用されているからで、実際にメモリー消費が小さいかどうかはここでは判断できません。
ランタイムとOSSkiaSharpに限定し、XEONの環境に固定し、ランタイムとOSを変更した場合のベンチマークを分析します。


#
Runtime
OS
処理時間[ms]
Allocated[Bytes]


1
.NET 8.0
Windows Server 2022
70.241
1,546

2
.NET 8.0
Windows 11
71.609
327

3
.NET Framework 4.8.1
Windows 11
72.904
2,341

.NET Frameworkや、OSがWindows 11の場合でも性能的に大きな差は見られませんでした。
Windows Server 2022上で、.NET Frameworkでなぜかベンチマークが正しく動作しなかったので評価は割愛しています。あまり影響ないでしょうし。

 CPUとメモリとGPUSkiaSharpに限定し、Windows 11 & .NET8.0で、CPUなどを変えた場合のベンチマークを分析します。


#
CPU
Passmark Single
メモリ
GPU
処理時間[ms]
Allocated[Bytes]
Passmark*処理時間


1
AMD Ryzen 9 7950X
4,272
96GB
NVIDIA GeForce RTX 4060 Ti
53.233
1,536
227,411

2
Intel Core i9-13900H
3,798
32GB
NVIDIA GeForce RTX 4070 Laptop
59.796
1,540
227,105

3
XEON PLATINUM 8573C
2,474
32GB
Intel Xe
71.609
327
177,161

概ねCPUベンチマークの性能によって決定されることが分かります。XEONの性能が低いのはAzure上のVMのため仮想化の影響でしょうか？

 マルチスレッド性能念のためマルチスレッド性能も見ておきます。著名なライブラリでそうそうマルチスレッド性能が極端に低いということも考えられませんが、念のため。


#
ライブラリ
処理時間[ms]
性能比
Allocated[KB]


1
ImageSharp
1,172
100%
851530.56

2
System.Drawing.Bitmap
1,447
81%
129.79

3
SkiaSharp
1,636
72%
148.54

4
MagickNet
2,142
55%
3397526.24

5
Aspose
3,868
30%
13410745.75

傾向は変わらずで、特段問題は見受けられませんね。

 TIFF
 処理速度まず評価環境#4のWindows Server 2022でベンチマークを取得して比較します。


#
ライブラリ
処理時間[ms]
性能比
Allocated[Bytes]


1
LibTiff
4.871
100%
255,875

2
System.Drawing.Bitmap
6.364
77%
259

3
ImageSharp
40.094
12%
10,493,862

4
Aspose
45.641
11%
72,120,703

5
MagickNet
67.949
7%
34,790,174

LibTiffとSystem.Drawing.Bitmapの性能がとびぬけて高いです。
ImageSharpはのちに出てくるWebPの性能も高いのに、TIFFだけ低めです。これはImageSharpが内部アーキテクチャが二値に直接対応しておらず、一旦RGBAの32bitカラーに展開されてしまうためです。そのためAllocatedも多くなっています。
性能的にはLibTiffが良い感じなので、移行先の第一候補はLibTiffとして後続を検討します。
ランタイムとOSLibTiffに限定し、XEONの環境に固定し、ランタイムとOSを変更した場合のベンチマークを分析します。


#
Runtime
OS
処理時間[ms]
Allocated[Bytes]


1
.NET 8.0
Windows 11
4.63
180

2
.NET 8.0
Windows Server 2022
4.87
255,875

3
.NET Framework 4.8.1
Windows 11
6.18
256,411

LibTiffはマネージドライブラリのためか、.NET Frameworkより.NETの性能が高い傾向があります。
#1のAllocatedが少ないのですが・・・


#
CPU
Runtime
OS
処理時間[ms]
Allocated[Bytes]


1
AMD Ryzen 9 7950X
.NET 8.0
Windows 11
3.446
255,874

2
Intel Core i9-13900H
.NET 8.0
Windows 11
3.735
255,874

3
XEON PLATINUM 8573C
.NET 8.0
Windows 11
4.633
180

Windows 11 & .NET8.0でもXEONだけ小さいため、正しく取得できなかった可能性があります。#1, #2あたりが正しいと考えるのが良いかと思います。

 CPUとメモリとGPULibTiffに限定し、Windows 11 & .NET8.0で、CPUなどを変えた場合のベンチマークを分析します。


#
CPU
Passmark Single
メモリ
GPU
処理時間[ms]
Allocated[Bytes]
Passmark*処理時間


1
AMD Ryzen 9 7950X
4,272
96GB
NVIDIA GeForce RTX 4060 Ti
3.446
255,874
14,721

2
Intel Core i9-13900H
3,798
32GB
NVIDIA GeForce RTX 4070 Laptop
3.735
255,874
14,186

3
XEON PLATINUM 8573C
2,474
32GB
Intel Xe
4.633
180
11,462

概ねCPUベンチマークの性能によって決定されることが分かります。XEONの性能が低いのは、JPEGの場合と同じ傾向にあります。
やはりAzure上のCPU性能が、PassmarkのBenchmark結果より低い傾向にあるように思われます。

 マルチスレッド性能

#
ライブラリ
処理時間[ms]
性能比
Allocated[KB]


1
LibTiff
113
100%
24,991

2
System.Drawing.Bitmap
170
67%
27

3
ImageSharp
1,150
10%
1,024,733

4
Aspose
1,218
9%
7,043,840

5
MagickNet
1,523
7%
3,397,486

System.Drawing.BitmapのAllocatedがさすがに低すぎるのは計測ミスな気がしますが、まぁ気にしません。
特段問題ないでしょう。

 WebP
 処理速度WebPに対応しているのは3つのみです。
まず評価環境#4のWindows Server 2022でベンチマークを取得して比較します。


#
ライブラリ
処理時間[ms]
性能比
Allocated[Bytes]


1
SkiaSharp
67.962
100%
1,546

2
ImageSharp
105.665
64%
9,857,987

3
MagickNet
107.949
63%
34,790,130

性能も良いですし、JPEGと統一できるメリットは大きいので、移行先の第一候補はSkiaSharpとして後続を検討します。
ランタイムとOSSkiaSharpに限定し、XEONの環境に固定し、ランタイムとOSを変更した場合のベンチマークを分析します。


#
Runtime
OS
処理時間[ms]
Allocated[Bytes]


1
.NET 8.0
Windows Server 2022
67.962
1546

2
.NET 8.0
Windows 11
73.899
NA

3
.NET Framework 4.8.1
Windows 11
75.370
2341

またWindows 11 & .NET8.0でAllocatedが正しくとれていません。


#
CPU
Runtime
OS
処理時間[ms]
Allocated[Bytes]


1
AMD Ryzen 9 7950X
.NET 8.0
Windows 11
48.404
1,532

2
Intel Core i9-13900H
.NET 8.0
Windows 11
59.879
1,536

3
XEON PLATINUM 8573C
.NET 8.0
Windows 11
73.899
NA

やはりWindows 11 & .NET8.0でもXEONだけ小さいため、正しく取得できなかった可能性があります。TIFFと同様に、#1, #2あたりが正しいと考えるのが良いかと思います。

 CPUとメモリとGPUSkiaSharpに限定し、Windows 11 & .NET8.0で、CPUなどを変えた場合のベンチマークを分析します。


#
CPU
Passmark Single
メモリ
GPU
処理時間[ms]
Allocated[Bytes]
Passmark*処理時間


1
AMD Ryzen 9 7950X
4,272
96GB
NVIDIA GeForce RTX 4060 Ti
48.404
1,532
206,782

2
Intel Core i9-13900H
3,798
32GB
NVIDIA GeForce RTX 4070 Laptop
59.879
1,536
227,420

3
XEON PLATINUM 8573C
2,474
32GB
Intel Xe
73.899
NA
182,826

ちょっと他と違って#2が#1に比較して高目の数字になっています。
またAzure上のCPU性能が、PassmarkのBenchmark結果より低い傾向にあるのは他と同様です。
ただ特段問題ともいえない範囲に収まっていると思います。

 マルチスレッド性能

#
ライブラリ
処理時間[ms]
性能比
Allocated[KB]


1
SkiaSharp
1,508
100%
149

2
ImageSharp
2,170
70%
962,659

3
MagickNet
2,361
64%
3,397,522

SkiaSharpのAllocatedも計測ミスかも？シングル時はちゃんと取れていて、特段高くないのでスルーします。
特段問題ないでしょう。

 総評JPEGとWebPはSkiaSharp、TIFFはLibTiffを利用したいと思います。
性能だけみると、つぎのようになります。
JPEG: ImageSharp
TIFF: LibTiff
WebP: SkiaSharp
ImageSharpであればすべてのフォーマットに対応しますが、TIFFの性能がちょっと微妙です。特にメモリ使用量が気になります。
またImageSharpはJPEGのデコードアルゴリズムが他と違いSystem.Drawing.Bitmapと異なります。目視では問題ないのだと思いますが、私の用途では画像解析に利用するため、System.Drawing.Bitmapと解析結果が変わるのは望ましくないため、選択が難しいです。
TIFFの性能はLibTiffの性能がとびぬけて高いですが、LibTiffを選ぶと必然的に他のフォーマットのために2つ以上のライブラリを使う必要があります。
ImageSharpとSkiaSharpの、JPEGとWebPの性能をもう少し見てみましょう。


#
ライブラリ
JPEG性能比
WebP性能比


1
ImageSharp
100%
64%

2
System.Drawing.Bitmap
81%
100%

JPEGのデコードアルゴリズムの相違が問題にならない場合、3つ使い分けるのが最速ではあります。ただどちらかに絞る場合は、扱いフォーマットの多い方の性能で選んでもいいかもしれません。
そういうわけで、つぎのようになりました。

#	ライブラリ	ライセンス	補足
1	Aspose	有償
2	ImageSharp	有償	非商用・小規模商用利用は無償
3	LibTiff.Net	New BSD License	TIFF専用
4	Magick.NET	Apache License 2.0
5	SkiaSharp	MIT License
6	System.Drawing.Bitmap	-

#	OS	CPU	CPU Core	Clock	GPU	メモリ
1	Windows 11	AMD Ryzen 9 7950X	16	最大 5.7 GHz	NVIDIA GeForce RTX 4060 Ti	96GB
2	Windows 11	Intel Core i9-13900H	8	最大 5.4 GHz	NVIDIA GeForce RTX 4070 Laptop	32GB
3	Windows 11	XEON PLATINUM 8573C	8	最大 3.5 GHz	Intel Xe	32GB
4	Windows Server 2022	XEON PLATINUM 8573C	8	最大 3.5 GHz	Intel Xe	32GB

#	ライブラリ	処理時間[ms]	性能比	Allocated[Bytes]
1	ImageSharp	53.087	100%	8,721,641
2	System.Drawing.Bitmap	65.191	81%	1,348
3	SkiaSharp	70.241	76%	1,546
4	MagickNet	101.435	52%	34,790,147
5	Aspose	167.711	32%	137,316,035

#	Runtime	OS	処理時間[ms]	Allocated[Bytes]
1	.NET 8.0	Windows Server 2022	70.241	1,546
2	.NET 8.0	Windows 11	71.609	327
3	.NET Framework 4.8.1	Windows 11	72.904	2,341

#	CPU	Passmark Single	メモリ	GPU	処理時間[ms]	Allocated[Bytes]	Passmark*処理時間
1	AMD Ryzen 9 7950X	4,272	96GB	NVIDIA GeForce RTX 4060 Ti	53.233	1,536	227,411
2	Intel Core i9-13900H	3,798	32GB	NVIDIA GeForce RTX 4070 Laptop	59.796	1,540	227,105
3	XEON PLATINUM 8573C	2,474	32GB	Intel Xe	71.609	327	177,161

#	ライブラリ	処理時間[ms]	性能比	Allocated[KB]
1	ImageSharp	1,172	100%	851530.56
2	System.Drawing.Bitmap	1,447	81%	129.79
3	SkiaSharp	1,636	72%	148.54
4	MagickNet	2,142	55%	3397526.24
5	Aspose	3,868	30%	13410745.75

#	ライブラリ	処理時間[ms]	性能比	Allocated[Bytes]
1	LibTiff	4.871	100%	255,875
2	System.Drawing.Bitmap	6.364	77%	259
3	ImageSharp	40.094	12%	10,493,862
4	Aspose	45.641	11%	72,120,703
5	MagickNet	67.949	7%	34,790,174

#	Runtime	OS	処理時間[ms]	Allocated[Bytes]
1	.NET 8.0	Windows 11	4.63	180
2	.NET 8.0	Windows Server 2022	4.87	255,875
3	.NET Framework 4.8.1	Windows 11	6.18	256,411

#	CPU	Runtime	OS	処理時間[ms]	Allocated[Bytes]
1	AMD Ryzen 9 7950X	.NET 8.0	Windows 11	3.446	255,874
2	Intel Core i9-13900H	.NET 8.0	Windows 11	3.735	255,874
3	XEON PLATINUM 8573C	.NET 8.0	Windows 11	4.633	180

#	CPU	Passmark Single	メモリ	GPU	処理時間[ms]	Allocated[Bytes]	Passmark*処理時間
1	AMD Ryzen 9 7950X	4,272	96GB	NVIDIA GeForce RTX 4060 Ti	3.446	255,874	14,721
2	Intel Core i9-13900H	3,798	32GB	NVIDIA GeForce RTX 4070 Laptop	3.735	255,874	14,186
3	XEON PLATINUM 8573C	2,474	32GB	Intel Xe	4.633	180	11,462

#	ライブラリ	処理時間[ms]	性能比	Allocated[KB]
1	LibTiff	113	100%	24,991
2	System.Drawing.Bitmap	170	67%	27
3	ImageSharp	1,150	10%	1,024,733
4	Aspose	1,218	9%	7,043,840
5	MagickNet	1,523	7%	3,397,486

#	ライブラリ	処理時間[ms]	性能比	Allocated[Bytes]
1	SkiaSharp	67.962	100%	1,546
2	ImageSharp	105.665	64%	9,857,987
3	MagickNet	107.949	63%	34,790,130

#	Runtime	OS	処理時間[ms]	Allocated[Bytes]
1	.NET 8.0	Windows Server 2022	67.962	1546
2	.NET 8.0	Windows 11	73.899	NA
3	.NET Framework 4.8.1	Windows 11	75.370	2341

#	CPU	Runtime	OS	処理時間[ms]	Allocated[Bytes]
1	AMD Ryzen 9 7950X	.NET 8.0	Windows 11	48.404	1,532
2	Intel Core i9-13900H	.NET 8.0	Windows 11	59.879	1,536
3	XEON PLATINUM 8573C	.NET 8.0	Windows 11	73.899	NA

#	CPU	Passmark Single	メモリ	GPU	処理時間[ms]	Allocated[Bytes]	Passmark*処理時間
1	AMD Ryzen 9 7950X	4,272	96GB	NVIDIA GeForce RTX 4060 Ti	48.404	1,532	206,782
2	Intel Core i9-13900H	3,798	32GB	NVIDIA GeForce RTX 4070 Laptop	59.879	1,536	227,420
3	XEON PLATINUM 8573C	2,474	32GB	Intel Xe	73.899	NA	182,826

#	ライブラリ	処理時間[ms]	性能比	Allocated[KB]
1	SkiaSharp	1,508	100%	149
2	ImageSharp	2,170	70%	962,659
3	MagickNet	2,361	64%	3,397,522

#	ライブラリ	JPEG性能比	WebP性能比
1	ImageSharp	100%	64%
2	System.Drawing.Bitmap	81%	100%

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