未來取代 JPEG 的,可能是 Android 12 支援的新圖片格式 AVIF

作者 | 發布日期 2021 年 03 月 11 日 8:30 | 分類 科技趣聞 , 網路趣聞 , 軟體、系統 Telegram share ! follow us in feedly


「手機儲存空間已滿,請及時清理」,每次清理手機儲存空間時我們都會發現,佔了 256G 空間半壁江山的不是什麼大型遊戲或者電影,而是平常上網時的圖片暫存檔。

數百 KB 的圖片看似不多,但積累起來時大小還是非常可觀的。

其中 JPEG 是最常見的圖片格式,但是從壓縮效率和畫質來說它已顯得過時,如果能換用更高效率的圖片格式,也許會是釋放儲存空間的好辦法。

而 Android 12 最新支援的 AVIF 格式,會是能取代 JPEG 的新標準嗎?

我們為什麼需要更先進的圖片格式?

這張有著濃濃「古早」味的樂隊海報圖片,也許就是第一張被上傳到網路的圖片,其在 1992 年,由「全球資訊網之父」提姆·柏內茲-李(Sir Tim Berners-Lee)上傳到網際網路上,圖片的格式為 Gif。

從此開始,網際網路的世界才開始變得多彩起來,網路圖片的出現豐富了網際網路世界的色彩,也帶給了網際網路更多的意義。

人們藉由圖片可以在網路創造和分享更多文字所不能傳達的內容,例如用表情包聊天宣洩情感等。

也是自此開始,各式各樣的圖片格式成為了每個網友在網上衝浪的基石,你也許不知道它,但是離不開它。

目前常見的圖片格式常分為有損壓縮格式(JPEG)和無損壓縮格式(PNG),無論損不損,壓縮都是每種格式(RAW 等格式以外)的重要職責。

圖片為什麼要壓縮?每張照片都是由一個個像素點組成,根據計算,一張 2,000 萬像素、8 Bit 色深的照片大小約為 60 MB,如此龐大的體積不要說分享,即便是自己存在記憶卡里,再大的空間也顯得捉襟見肘。

這時候,對於像素點進行分類整合,壓縮數據大小便顯得尤為重要。壓縮的過程就像是我們在做數學題時用到的「化簡」技巧,將重複相似的像素點數據通過「合併同類項」簡化(壓縮原理非常複雜,在此不說明),最終得到畫質基本一致、數據大小卻大幅瘦身的壓縮圖片。

既然有無損壓縮格式呢,為什麼最流行的還是 JPEG 這樣的有損壓縮格式?

從使用和瀏覽的角度來看,壓縮圖片的損失率似乎很重要,但是在網際網路早期,由於流量資費高昂、傳輸速率緩慢,圖片的數據大小決定了用戶的加載速度,直接影響了用戶的網上衝浪體驗。

同樣是在 1992 年,聯合圖像專家小組(Joint Photographic Experts Group)提出的一種針對照片影像的有損壓縮標準,可以在小幅度不損失圖片分辨率的情況下盡可能將圖片大小壓縮。

儘管這會導致細節色彩信息丟失,但 JPEG 的高度壓縮契合了當時網路環境的需求,得到了廣大的支持與推廣。

時至今日,網路建設的飛速發展讓傳輸不再是束縛色彩的枷鎖,更加清晰的圖片成為了網友更為迫切的需求,因此推廣一種壓縮效率更高效、圖片損失率更小的圖片格式變得更加重要。

AVIF 是何方神聖

2018 年 12 月 14 日,Netflix 發布了第一個 AVIF 圖像,與已經誕生了 26 年的 JPEG 相比,AVIF 像是巨人腳邊的一株小芽,但是在網際網路巨頭眼裡,這顆萌芽也許能長到超過巨人的高度。

在 Netflix 發布的一篇技術文章中,它將 AVIF 定義為「下一代圖像編碼算法」,並稱 AVIF 對於這家世界上最大的串流媒體網站而言,是取代 JPEG 格式的最佳選擇。

圖像對於 Netflix 而言與影片一樣重要,因為在用戶點播一部影片之前,封面海報的精美與否會在很大程度上影響他們的選擇。

因此,Netflix 需要一個色彩更豐富、壓縮效率更高、細節保留更完整、多設備相容性更強的圖片編碼格式來取代 JPEG。

▲左圖為 JPEG 格式,81 KB;右圖為 AVIF 格式,76 KB。(Source:Netflix

在這篇文章中,Netflix 用了多張 JPEG 格式與 AVIF 格式的海報進行對比,可以看到,在文件大小相近的情況下,AVIF 格式能保留更多的細節,而 JPEG 格式已經出現肉眼可見的條帶、噪點,文字的四周也出現了鋸齒。

▲ JPEG 格式,20.7 KB。(Source:Jake Archibald,下同)

▲ AVIF 格式,18.2 KB。

在 Jake Archibald 的文章中,他將 JPEG 與 AVIF 圖片都壓縮到相近的水平,來對比兩種圖形編碼方式的優劣。留意畫面的細節你會發現,20 KB 的 JPEG F1 賽車已經基本無細節可言,畫面充斥著大色塊的塗抹、變色和鋸齒。

而當看到 18 KB 的 AVIF F1 賽車時,就像是近視眼帶上了眼鏡:平滑的賽道、色彩過渡自然的賽車、保留細節的頭盔,更令人難以置信的是,這張清晰得多的 AVIF 圖片,體積甚至要比 JPEG 還小。

JPEG 除了壓縮會導致畫面細節丟失以外,色彩失真也是它被人詬病的一個點。例如早期表情梗圖出現的因過度重覆破壞性壓縮導致畫質劣化現象(images of heavily degraded quality),就是因為表情梗圖在用戶之間傳輸時,不斷被壓縮產生的色彩失真(會變綠則是因為 Android 7.0 之前的版本,在壓縮圖片時產生的 Bug)。

這種影像劣化對於表情梗圖來說也許是一種榮耀(意味熱門而被廣泛傳播),但是對商品展示圖來說,顏色的失真則會引起許多不必要的麻煩。

影片博主 Jon Sneyers 將一張 JPEG 圖片與 AVIF 圖片對比測試壓縮 1,000 次後的前後變化,從結果上看,JPEG 已經面目全非,而 AVIF 依然嶄新,這又是 AVIF 的一次勝利。

 

那麼 AVIF 到底是什麼格式呢?在此之前,我們必須首先了解什麼是 AV1。AV1 是一個開源影片編解碼器,由開發媒體聯盟提出,其目的是壓縮影片和圖像,以減少佔用的空間,但畫質始終如一。

儘管影片編解碼器主要是為了影片而開發的,但是影片編解碼器中的幀內編碼工具與圖像壓縮工具並沒有太大的不同,鑑於影片編解碼器的巨大壓縮進步,將它們作為圖像編碼格式也能得到卓越的效果。

▲ JPEG 格式海報,80 KB。(Source:Netflix

▲ AVIF 格式海報,85 KB。(Source:Netflix

而 AVIF 便代表了 AV1 圖像文件格式。換句話說它是 AV1 的圖像格式。通過借鑒了下一代的影片壓縮技術,AVIF 格式的各項指標全面超越了 JPEG,壓縮效率更高、支援無損壓縮、支援動畫、最高支援 12 bit 色深。

JPEG 的挑戰者中,AVIF 是來勢最兇的一個

經過對比可以發現,JPEG 在壓縮效率方面與 AVIF 的確存在比較大的差距,但 JPEG 有一個 AVIF 難以匹敵的優勢——JPEG 有著驚人的相容性,你幾乎找不到一個打不開 JPEG 格式的設備。

想要讓用戶和廠商接受並推廣一個全新的圖片格式,並不是一件容易的事,在 AVIF 之前,JPEG 就面對過不少挑戰者,其中 HEIF 格式(High Efficiency Image File Format,高效率圖檔格式)也許會是你印象最深刻的一個。

自從 2017 年蘋果在 iOS 11 上加入了對 HEIF 的支援,它就開啟了「爆火模式」。

蘋果宣布 iPhone 拍攝的圖片將以 HEIF 格式儲存來取代過去的 JPEG 格式,一時間手機界都以「支援 HEIF 格式拍照儲存」功能為時髦,紛紛跟進。

HEIF 之所以能被蘋果相中,自然是因為其優異的性能:它相比 JPEG 壓縮效率更高、支援無損壓縮、支援動畫、最高支援 16 bit 色深(JPEG 只有 8 bit)。聽起來是不是很熟悉,AVIF 的特性與 HEIF 基本一致,因為 AVIF 就是基於 HEIF 開發的開源版本,兩者之間有著一段「愛恨情仇」。

除了蘋果以外,一些相機廠商也宣布支援 HEIF 格式拍攝,例如佳能推出的 1D X Mark iii 宣布支援 HEIF 格式輸出,DCW 的 James Artaius 評價道:「優異的 HEIF 使得 JPG 變得相當多餘,實際使用它幾乎沒有什麼實際意義。」

▲ 紅色代表不支援,綠色代表支援,HEIF 全紅。(Source:Caniuse

然而現在將 HEIF 捧上神壇顯然為時過早,就瀏覽器格式相容性來說,HEIF 目前連蘋果自家的Safari 都不支援,距離普及還有非常遙遠的一段距離。

如此高效的圖片格式卻得不到廣泛的相容性支援,其中重要的一個原因就是 HEIF 本身的專利授權問題。HEIF 是基於新一代影片編碼格式 HEVC(H.265) 的圖像文件標準,後者是 MPEG 為了更新主流的 H.264 編碼標準所推出的全新版本。

採用了新算法的 HEVC 一切都好,同樣體積大小的影片 HEVC 標準比 H.264 要清晰得多,但同時也要收取一筆相當不菲的授權費。想要在新設備上用 HEVC 的編碼技術,廠商推出的每一台設備都要給 MPEG 抽一筆授權費,如同雁過留毛。

這種無形的成本顯然給新標準的推廣造成了不小的阻礙,這也促使了開發媒體聯盟的誕生——由 Netflix、Google、Facebook、微軟、三星、華為、騰訊等科技巨頭聯合組成了「復仇者聯盟」,推出了指標看齊 HEIF 的 AV1 編碼技術,並且不收任何授權費,開源給開發者們使用。

而 AVIF 則是這個「復仇者聯盟」向 MPEG 發出的另一個挑戰信號。

有趣的是,蘋果作為 HEIF 堅定的擁護者,同時也是開發媒體聯盟的重要成員,共同合作開發 AV1 編碼技術和 AVIF 標準。蘋果對此沒有任何回應,同時也未宣布對 AV1 和 AVIF 標準的支援,模糊不清的態度值得玩味。

▲ 紅色代表不支援,綠色代表支援。(Source:Caniuse

開源的標準似乎更容易得到網站和設備的支援,在 Google 和其他巨頭的推動下,目前 AVIF 已經得到了 Chrome、Opera、Firfox 等瀏覽器的支援,而得到了 Android 12 的原生支援,也意味著 AVIF 在未來將有可能普及到數以億計的設備中。

這麼看來,既開源又高效的 AVIF 能顛覆 JPEG 的統治地位了嗎?很遺憾的是,在得到內容與設備端的全面普及之前,在接下來的幾年甚至更長的一段時間裡,低效的 JPEG 依然會是最常見的圖片格式。

不過 HEIF 未能完成的豪情壯志,AVIF 很有可能會先一步實現,畢竟在網際網路世界中,免費的才是最好的。

(本文由 愛范兒 授權轉載;首圖來源:pixabay

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