编解码基础 -- 图像编码之HEIF

HEIF 技术文档

HEIF(High Efficiency Image Format,高效图像格式)是一种基于 HEVC(High Efficiency Video Coding,高效视频编码,亦称 H.265)的视频编码技术的图像文件格式。HEIF 由 MPEG(Moving Picture Experts Group,动态图像专家组)开发,其目标是提供更高效的图像压缩性能,在不牺牲图像质量的情况下显著减少文件大小。

1. HEIF 的特点

  • 高效压缩:HEIF 采用了基于 HEVC 的压缩算法,因此相较于 JPEG,HEIF 能够在相同的图像质量下实现更小的文件大小,通常可以减少 50% 左右的存储空间。
  • 多图存储:HEIF 可以存储多张图像或多个帧,支持类似于动画、连拍或照片图库的功能。
  • 支持深度数据:HEIF 格式还支持存储图像的深度信息,这对于实现景深效果(如后期对焦)非常有用。
  • 多样化内容:HEIF 不仅可以存储单张静态图像,还能存储诸如序列图像、动态图像以及相关的元数据等,使得它非常适合用来支持 HDR(高动态范围)图像和其他高级图像功能。
  • 扩展性:HEIF 支持多种不同类型的元数据,包括图像编辑信息(例如旋转、裁剪等)和自定义数据。

2. HEIF 的结构

HEIF 是一种基于容器的文件格式,它的结构与 MP4 等视频格式类似。它使用 ISO 基础媒体文件格式(ISO Base Media File Format,ISO/IEC 14496-12),使得其内容更加丰富和灵活。HEIF 文件的基本组成部分包括:

  • 文件头:包含基本的文件信息和类型定义。
  • 图像数据:使用 HEVC 编码,提供高效的压缩和存储。
  • 元数据:包含图像的 EXIF 信息(例如相机参数、地理位置信息)、编辑信息、色彩空间描述等。

3. 优势与应用场景

  • 更高的压缩效率:HEIF 的压缩效率比 JPEG 高得多,能够大大节省存储空间,特别是在高分辨率图像的存储方面。
  • 高图像质量:HEVC 编码的高效性使得 HEIF 在相同文件大小的情况下能够提供更高的图像质量,减少图像失真。
  • 多帧存储:HEIF 支持多图像帧的存储,这使得它适合连拍照片、Live Photos 等多图场景的应用。
  • 先进的功能支持:HEIF 支持图像的 Alpha 通道(透明度),这使得它非常适合于存储需要透明度效果的图像。它还可以支持 HDR 图像,提供更好的色彩表现。

4. HEIF 与其他格式的对比

  • HEIF vs JPEG:JPEG 是一种老牌的图像格式,但由于它基于较老的压缩技术,文件效率较低。HEIF 相较于 JPEG,具有更高的压缩比和更好的画质表现。
  • HEIF vs PNG:PNG 支持无损压缩和透明通道,但其文件大小通常比较大。HEIF 则在支持透明度的同时可以提供更高效的压缩,适用于更多的场景。
  • HEIF vs WebP:WebP 也是一种新型的高效图像格式,由谷歌开发。与 HEIF 类似,WebP 可以提供高效的有损和无损压缩,但 HEIF 在多帧和高级元数据支持上可能更具优势。

5. 支持情况

  • 苹果设备:自 iOS 11 和 macOS High Sierra 起,苹果设备便全面支持 HEIF 格式。它是苹果设备拍摄照片的默认格式,大大减少了照片占用的存储空间。
  • 操作系统
    • Windows:Windows 10 的部分更新提供了 HEIF 的支持,但需要安装 HEVC 视频扩展。
    • Android:部分新版本的 Android 系统也提供了对 HEIF 格式的支持。
  • 浏览器:目前,HEIF 的浏览器支持并不广泛。部分浏览器可能需要插件或者操作系统的支持才能显示 HEIF 格式的图像。

6. HEIF 的不足与挑战

  • 兼容性问题:HEIF 虽然在苹果设备上得到了广泛的支持,但其他平台(尤其是 Windows 和部分 Android 设备)对 HEIF 的支持并不全面。因此,在跨平台使用时,HEIF 的兼容性可能会成为一个挑战。
  • 编码复杂度:HEVC 编码算法相较于 JPEG 更加复杂,因此在解码过程中可能会占用更多的计算资源,尤其是在一些硬件性能较低的设备上。

7. HEIC 与 HEIF

需要注意的是,HEIC(High Efficiency Image Coding)是 HEIF 的一种具体实现,通常用于存储由 HEVC 编码的单帧图像。HEIC 文件通常是使用 HEIF 格式容器的单个图像,因此二者常常可以互换使用。但从技术角度上讲,HEIF 是格式,HEIC 是基于该格式的具体编码标准。

8. 未来前景

HEIF 由于其高效的压缩能力和灵活的多帧存储能力,逐渐成为一种现代图像格式的趋势,尤其是在需要存储高质量图像并减少空间占用的场景中。随着更多的设备和软件对 HEIF 的支持不断增加,它可能逐步替代传统的 JPEG,成为下一代的主流图像存储格式。

总结来说,HEIF 是一种高效、灵活、适合现代化图像存储需求的新兴格式。它通过使用 HEVC 编码技术,实现了显著的存储效率提升,适用于多图像、多帧、HDR 等各种应用场景。尽管其在兼容性方面还面临一定挑战,但随着行业的逐步接受和支持,HEIF 的未来发展前景依然非常光明。

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