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。