Primeiramente quero que pense que tudo é RELATIVO e apenas experiencias de cada situação poderão determinar CASO á CASO qual terá melhor performance no seu projeto e servidor.
Existem dois ambientes/camadas que você tem que pensar, um é a renderização e o outro as requisições:
Renderização Front-End
A renderização no front-end pode começar a ocorrer, mesmo sem a página ter sido terminada de carregar, ou seja imagens podem começar a carregar e renderizar mesmo sem a página ter completado o download.
Pensando assim em questão da imagem estar em base64, poderá haver dois motivos que tornam mais lento:
- O motor interno do browser ter que decodificar a imagem
- Imagens base64 usando o protocolo (data URI scheme)
data:
aumentam o tamanho da página html em muito, o que torna a página mais lenta de ser renderizada.
Concluindo, protocolo data e base64 podem tornar a renderização e o download da página html mais lentos, mas você irá poupar requisições
Requisições no Back-End
Quantidade de requisições melhoram sim a performance, mas não do lado do front-end e sim do back-end, ou seja quanto menos requisições, provavelmente melhor performance, no entanto em caso do protocolo data:
como citei antes, a página html será maior e então você também pode ter ainda sim uma nova elevação no consumo do servidor.
Conexões keep-alive
Os navegadores tentam manter a conexão aberta quando estão requisitando itens de uma mesma página, assim se tiver várias imagens, provavelmente o navegador irá tentar diminuir as conexões (não as requisições), o que de certa forma já ajudaria. Mas note que nem sempre é possível reaproveitar a mesma conexão e que o browser irá se comportar exatamente assim, cada browser tem a sua própria maneira de fazer isto e vai tentar operar a situação conforme ele achar melhor.
Leia mais em: https://en.wikipedia.org/wiki/HTTP_persistent_connection
Conclusão
Não tem como afirmar o qual vai ser mais rápido, no entanto eu recomendo você usar imagens estáticas com Cache e com o 304 Not Modified, veja esta pergunta minha:
- É possível usar if-modified-since com “304 not modified” sem PHPÉ possível usar if-modified-since com “304 not modified” sem PHP
Pois desta maneira você terá menos impacto no servidor quanto aos arquivos estáticos, já que as imagens virão do cache nas próximas requisições e ainda por cima irá fazer a página fazer o download mais rápido, isto não influencia diretamente no processo renderização, mas acredito que imagens estáticas sejam mais "fáceis" de renderizar para os browsers que as codificadas.