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IVR (Infinitely Variable Rectangle)

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English

IVR is a high-speed, lossless image compression format that represents images as a sequence of optimized, same-color rectangles. It occupies a unique niche between traditional raster formats (like PNG) and vector-like structured data.

🚀 Performance at a Glance

• High-Speed Decoding: Reaches up to 350+ MP/s, making it ideal for real-time applications.
• Superior Compression: Outperforms PNG by 10–60% on structured, flat-colored, or UI-heavy images.
• Native Scalability: Can decode at arbitrary scales (e.g., 2x, 4x) by simply multiplying rectangle dimensions, avoiding heavy pixel-interpolation overhead.

🎯 Best Use Cases

• UI & Web Graphics: Buttons, icons, and wireframes.
• Pixel Art & Sprites: Perfect for game assets where pixel-perfect precision is required.
• Document Archiving: Scanned text, forms, and diagrams.
• Runtime Caching: Fast intermediate storage for engine textures or screenshots.

🛠 Repository Contents

• ivr.py: Reference implementation in Python (focus on readability).
• ivr.c: High-performance C implementation (focus on speed).
• zstd integration for advanced entropy coding.

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Technical Overview

Core Concept: "Rectangle Scanning"

Unlike PNG which scans line-by-line, IVR identifies the largest possible same-color rectangle starting from the top-left unprocessed pixel. It compares horizontal-first vs. vertical-first growth and selects the one with the maximum area.

Format Specification (IVR1)

1. Header: Magic bytes (IVR1), Width, Height.
2. Payload (Zstd compressed):
   • Palette: Adaptive size with delta-encoding for RGB values.
   • Rectangle List: - Width: Exp-Golomb encoded.
     • Height: Exp-Golomb encoded.
     • Color Index: Fixed-bit length based on palette size.

Security & Safety

(Benchmark)

Image: 1700 × 2200 (Document Style)

• BMP: 11.2 MB

• PNG: 115 KB

• IVR: 47 KB (PNG比 約40%)

• Encode Time: 0.014s

• Decode Time: 0.016s

Since IVR can represent massive images with tiny file sizes (similar to a "zip bomb"), implementations include safety guards for:

• Max output dimensions/pixel count.
• Recursion/Allocation limits.

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日本語

IVR (Infinitely Variable Rectangle) は、画像を「最適化された同色長方形の集合」として表現する、超高速・可逆圧縮画像フォーマットです。PNGのような従来のラスタ形式と、構造化データの利点を併せ持っています。

🚀 パフォーマンスの核心

• 爆速デコード: 最大 350 MP/s 以上の処理速度を誇り、4K画像も一瞬で展開可能です。
• 高い圧縮効率: UIグラフィックスやフラットイラストにおいて、PNG比で 10%〜60% のサイズ削減を実現します。
• ネイティブ・スケーリング: 矩形データとして記録されているため、デコード時に座標を倍数化するだけで、計算負荷を抑えたまま巨大な解像度へ拡大展開（Scale）が可能です。

🎯 最適な用途

• UI・ウェブグラフィックス: ボタン、アイコン、ワイヤーフレームなど。
• ドット絵・スプライト: ゲーム制作における精密な資産管理。
• 文書・図面アーカイブ: スキャンされた書類、FAX、回路図。
• ランタイムキャッシュ: ゲームエンジン内での一時的なテクスチャ保存やスクショ。

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技術的な仕組み

1. 矩形探索アルゴリズム

IVRは左上の未処理ピクセルを起点に、**「最も面積が大きくなる同色の長方形」**を探索します。

• 「横方向に伸ばしてから縦に広げる」
• 「縦方向に伸ばしてから横に広げる」 この2パターンを比較し、より効率的な方を採用することで、PNGの走査線方式（Filter）よりも構造的に冗長性を排除します。

2. データ構造 (IVR1)

Zstdによる強力なエントロピー圧縮の前に、データを以下の構造に最適化します。

• パレット: RGBの差分（Delta）をとることで連続性を向上。
• 矩形リスト: - 幅 / 高さ: 指数ゴロム符号（Exp-Golomb）による可変長符号化。
  • 色インデックス: パレット数に応じた最小ビット割り当て。

⚠️ セキュリティ上の注意

IVRは「小さなファイルから巨大な画素」を生成できるため、信頼できないファイルを扱う際は以下の制限を設けています。

• 最大出力画素数および拡大率の制限
• メモリ確保前のオーバーフロー・チェック

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実測値の例 (Benchmark)

Image: 1700 × 2200 (Document Style)

• BMP: 11.2 MB

• PNG: 115 KB

• IVR: 47 KB (PNG比 約40%)

• Encode Time: 0.014s

• Decode Time: 0.016s

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ライセンス

MIT License

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