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高效率圖檔格式

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高效率圖檔格式(HEIF)
Comparison between JPEG, JPEG 2000, JPEG XR and HEIF.png
JPEG、JPEG 2000、JPEG XR和HEIF檔案在相近檔案大小下的比較
副檔名.heif, .heifs; .heic, .heics; .avci, .avcs; .avif, .avifs
網路媒體型式image/heif, image/heif-sequence; image/heic, image/heic-sequence
統一類型標識public.heif, public.heic
開發者MPEG
格式類型圖像容器格式
標準ISO/IEC 23008-12 (MPEG-H)
網站mpeg.chiariglione.org/standards/mpeg-h/image-file-format

高效率圖檔格式英語:High Efficiency Image File Format, HEIF;也稱高效圖檔格式[1])是一個用於單張圖像或圖像序列的檔案格式。它由動態影像專家小組(MPEG)開發,並在MPEG-H Part 12(ISO/IEC 23008-12)中定義。

HEIF規範也定義了高效率影片編碼(HEVC)編碼的內嵌圖像和HEVC編碼的圖像序列的儲存方式,其中以受約束的方式應用影格間預測英語Inter frame

HEIF檔案與ISO基本媒體檔案格式英語ISO base media file format(ISOBMFF,ISO/IEC 14496-12)相容,並且還可以包括其他媒體流,例如定時的文字和音訊。

歷史[編輯]

HEIF的要求和主要用途於2013年定義。[2][3]該規範的技術開發用時約一年半,並於2015年夏季完成。[4]

用例[編輯]

HEIF支援的用法包括:

  • 儲存單個或多個圖像及其縮圖
  • 儲存連拍相片
  • 支援同時擷取影片和靜止圖像,即將靜止圖像和定時圖像序列儲存在同一檔案中
  • 高效地表示動畫和動態靜圖
  • 儲存焦點堆疊和曝光堆疊到同一個容器檔案
  • 儲存從其他圖檔衍生的圖像,無論是以非破壞性圖像編輯英語Layers (digital image editing)操作為目的衍生的圖像,還是作為預先計算衍生的圖像
  • 支援儲存其他媒體,例如音訊和定時的文字,將定時的圖像序列儲存在同一個容器檔案中,並且同步播放。

由於HEVC支援各種色度格式和樣品保真度至無失真編碼,該格式可以滿足當今消費類裝置所有的圖像儲存需求,從典型的8位元圖像到高階、專業裝置所要求的高保真度和動態範圍的16位元圖像。HEIF促進的一些使用場景如下:

數位相機和智慧型手機[編輯]

為了節約儲存空間,HEIF封裝的HEVC編碼的圖像可以用於壓縮全解析度圖像,同時保留一個較低解析度的JPEG副本(例如4K解析度或更低)用於螢幕顯示。

數位相機和智慧型手機可以使用HEIF來實現單檔案儲存連拍、焦點堆疊或曝光堆疊的相片。與此類似,拍攝的影片與靜態圖像也可以儲存在同一個HEIF檔案中。HEIF還可以將任何圖像集合儲存在單個檔案中,從而可以輕鬆分享。

網頁和接入網際網路的圖像應用程式[編輯]

HTML5.2圖片元素提供了為同一圖像指示多個替代方案的能力,網頁瀏覽器可以選擇最適合其目的的一份。網頁和連接的應用程式使用HEIF的一個動機是減少網頁和圖像內容的下載時間。

圖像編輯[編輯]

改變方向和裁剪是HEIF的基本功能,並且不需要重新編碼圖像。此外,HEIF引入了非破壞編輯操作的框架,具體可由外部規範指定。圖像編輯應用程式可以使用此功能將編輯指令與原始圖像儲存在同一檔案中。

特性[編輯]

ISOBMFF英語ISO base media file format中,連續或定時的媒體/元資料流形成一個軌道(track),而靜態媒體或元資料作為項(items)儲存。也是因此,HEIF具有如下基本設計:

  • 靜態圖像作為項儲存。所有圖像項都獨立編碼,解碼不依賴其他項。一個檔案中可以包含任意數量的圖像項。
  • 圖像序列儲存為軌道。可以將圖像序列軌道指定為以定時或非定時的方式顯示,例如作為畫廊或圖片專輯。在圖像之間存在編碼上的依賴關係時,使用圖像軌跡軌道而非圖像項。
  • 一個檔案可以包含圖像項、圖像序列軌道以及其他媒體。例如,可以建立HEIF檔案,其中包括符合HEIF的圖像專案或圖像序列軌道,以及符合ISOBMFF的任何衍生格式的音訊或定時文字軌道。

根據上述設計原則,HEIF檔案可以儲存下列資料類型:[5]

  • 圖像項(Image Items):儲存單個圖像、圖像屬性或縮圖。
  • 圖像衍生(Image Derivations): 衍生圖像是在執行時基於旋轉、網格和疊加等描述生成的。這些圖像取決於儲存在HEIF檔案中的其他圖像。衍生圖像的儲存空間很小。
  • 圖像序列(Image Sequences):儲存多個時間相關或時間預測的圖像(如突髮式相片拍攝或電影圖形動畫)其屬性和縮圖。 可以使用不同的預測選項來利用圖像之間的時間和空間相似性。 因此,即使將數十張圖像儲存在同一個HEIF檔案中,檔案大小也可以大幅降低。
  • 輔助圖像項(Auxiliary Image Items): 儲存補充另一圖像專案的圖像資料。 一個alpha平面或深度圖是這種圖像的例子。 這些資料並非如此顯示,而是以各種形式用於補充另一圖像專案。
  • 圖像元資料(Image Metadata):儲存同一個HEIF檔案中儲存圖像的EXIFXMP等元資料。

比較[編輯]

特性比較[編輯]

下表顯示了不同圖像格式的比較:

一些圖檔格式的特徵比較[5]
HEIF (.heic) JPEG/Exif PNG GIF (89a) WebP JPEG-XR / TIFF JPEG-XR / JPX BPG
格式和可延伸性
基本容器檔案格式 ISOBMFF TIFF - - RIFF TIFF - [註 1] -
失真壓縮 是 (HEVC) 是 (JPEG) 是 (VP8) 是 (HEVC[註 2])
無失真壓縮 是 (HEVC) 是 (TIFF Rev 6.0) 是 (PNG)[註 3] 是 (GIF)[註 3] 是 (VP8L) 是 (HEVC[註 2])
可延伸至其他編碼格式 [註 4] [註 4] [註 5]
元資料格式(在內部、頂部) Exif, XMP, MPEG-7 Exif - - Exif, XMP Exif, XMP JPX, (XMP)[註 6] Exif, XMP
可延伸至其他元資料格式 是(基於XML)
其他媒體類型(音訊、文字等) Audio[註 7] [註 8]
多圖像特性
同一個檔案中多個圖像 [註 9] [註 10] [註 10] [註 11]
圖像序列/動畫
圖像編碼
衍生圖像
多次90度旋轉
裁剪
平鋪/堆疊
可延伸至其他編輯操作
輔助圖片資訊
透明度(alpha通道) [註 12]
深度對映
縮圖
備註
  1. ^ JPX是與ISOBMFF相容的盒子結構格式。但是,只有檔案類型框在JPX和ISOBMFF中很常見。
  2. ^ 2.0 2.1 HEVC Main 4:4:4 16 Still Picture profile, Level 8.5, with additional constraints
  3. ^ 3.0 3.1 在GIF和有索引彩色PNG編碼中,無失真壓縮的色彩量化圖像會應用有損色彩量化。
  4. ^ 4.0 4.1 JPX可以包含符合ISOBMFF(或其衍生物)的媒體。JPX動畫與其他媒體之間沒有精確的同步。
  5. ^ JPEG-2000和JPEG-XR的封裝已為JPX容器指定。其他編解碼器的對映可以照此完成。
  6. ^ JPX(ITU-T T.800和T.801)規定了一個自由的元資料方案,但能夠攜帶XML格式的元資料,如XMP。
  7. ^ PCM、µ-Law PCM和ADPCM封裝在RIFF WAV中。
  8. ^ 在GIF和有索引彩色PNG編碼中,無失真壓縮的色彩量化圖像會應用有損色彩量化。
  9. ^ 可以通過MP擴充啟用。
  10. ^ 10.0 10.1 僅適用於圖像和平鋪/疊加。
  11. ^ 僅適用動畫、縮圖和Alpha平面。不支援非定時的圖像集合。
  12. ^ 可以指定完全透明的調色盤索引。

上述比較使用了下列參考資料:

圖像格式 版本或日期 參考資料/網址
HEIF (.heic) 03/2015 ISO/IEC 23008-12
JPEG ISO/IEC 10918-1 | ITU-T Rec. T.81

http://www.w3.org/Graphics/JPEG/itu-t81.pdf

Exif http://www.cipa.jp/std/documents/e/DC-008-2012_E.pdf
PNG http://www.w3.org/TR/PNG/
GIF 89a [1]
WebP https://developers.google.com/speed/webp/docs/riff_containerVP8L: https://developers.google.com/speed/webp/docs/webp_lossless_bitstream_specification
JPEG-XR ISO/IEC 29199-2 | ITU-T Rec. T.832

ISO/IEC 15444-2 | ITU-T Rec. T.801 (for JPX)

BPG 0.9.5 [2]

備註:可以肯定的是,該比較表中的摘要在涉及不同格式的特徵時有些可能不完整。例如,該表沒有涵蓋JPEG的某些擴充。

語法和結構[編輯]

HEIF符合ISO基本媒體檔案格式英語ISO base media file format(ISO/IEC 14496-12)。圖像項儲存在根級元框中,圖像序列儲存為影片媒體軌。

一個檔案可以包含圖像專案、圖像序列軌道以及其他媒體。建立符合HEIF規範的檔案時可以包含圖像項、圖像序列軌道,以及任何符合ISOBMFF的衍生格式的音訊和定時的文字軌。

符合ISOBMFF的檔案由稱為框(box)的資料結構序列組成,每個資料結構都包含一個四字元代碼(4CC)指示框的類型、框的大小(以位元組為單位)和框的有效載荷。框可以巢狀,即框中可以包含其他框。 ISOBMFF和HEIF對框的順序和階層有進行約束。

圖像項[編輯]

HEIF允許為不同圖像項之間儲存共享的圖像屬性。屬性有兩種:描述和變形。描述屬性提供有關圖像項的資訊,而不對圖像本身進行修改。變形屬性提供有關圖像項需要完成的變形修改的資訊。HEIF標準規定了旋轉90°、180°和270°的變形屬性以及裁剪屬性。除了描述屬性之外,圖像項還可選用元資料項表述特徵,例如Exif或XMP元資料。

衍生圖像[編輯]

衍生圖像的作用是可以進行無失真的圖像編輯,使原始編碼的圖像繼續儲存在檔案中,而新的圖像被稱為衍生圖像,可以為一個或多個輸入圖像應用變換操作來製成。HEIF定義了將衍生圖像儲存為項的一般結構以及幾種衍生圖像的類型。衍生圖像項的專案類型表示變換操作,而項載荷包含操作的輸入參數。輸入圖像可以是編碼的圖像或者衍生圖像。下面列出了HEIF標準中定義的衍生圖像類型。其他類型可能在其他文件或HEIF標準的更新版本中定義。

圖像序列[編輯]

圖像序列軌道繼承了ISOBMFF的視訊軌道的屬性和特徵。

支援的媒體編解碼器[編輯]

HEIF指定了一種結構格式,從中可以衍生特定編解碼器的圖像格式。HEIF還包括封裝圖像的圖像和圖像序列以符合高效率影片編碼(HEVC,ISO/IEC 23008-2 | ITU-T Rec. H.265)的規範。該標準的未來版本可能包括其他影片和靜態圖像媒體編解碼器。

HEVC圖檔格式[編輯]

HEIF標準包括封裝HEVC編碼的圖像和圖像序列為HEIF相容檔案的規範。

支援[編輯]

HEIF得到了下列支援:

作業系統
  • Microsoft Windows 10version 1803 預覽版,build 17123)[6],在此前需要通過安裝名為CopyTrans HEIC for Windows的解碼器來實現對HEIF/HEIC的支援,或者安裝其它支援HEIF/HEIC的圖像管理器。[7]
圖像編輯軟體
其他
  • Nokia為網頁瀏覽器提供一個開源JavaScript HEIF解碼器[17]
  • 開源軟體庫「libheif」支援讀取和儲存HEIF檔案

品牌及MIME類型[編輯]

HEIF標準中指定的品牌如下表所示。HEIF標準規定了「mif1」和「msf1」結構品牌。另外,HEVC的品牌如表1所列。專有品牌「heic」和「hevc」表示使用了HEVC Main Profile。

HEIF的品牌、MIME子類型和副檔名
品牌 編碼格式 圖像/序列? MIME類型 MIME子類型 副檔名
mif1 任何 圖像 圖像 heif .heif
msf1 任何 序列 圖像 heif-sequence .heif
heic HEVC(主要或主要靜態圖片組態) 圖像 圖像 heic .heic
heix HEVC(主要10或格式範圍擴充組態) 圖像 圖像 heic .heic
hevc HEVC(主要或主要靜態圖片組態) 序列 圖像 heic-sequence .heic
hevx HEVC(主要10或格式範圍擴充組態) 序列 圖像 heic-sequence .heic

網際網路媒體類型(也稱MIME,多用途網際網路郵件擴充)被各種應用程式用於標識資源或檔案的類型。MIME類型包括媒體類型(HEIF檔案為'image')和一個子類型,以及零個或多個可選參數。對於多用途檔案,可以給予檔案的主要用途選擇子類型。

可選的編解碼器MIME參數可以用來指示檔案中存在的軌道和項使用的編碼格式。編解碼器MIME參數還包括HEVC編碼圖像專案或圖像序列軌道的組態級別值。

截至2016年1月 (2016-01)image/heifimage/heif-sequenceimage/heic尚未註冊為MIME類型。[18]

相關標準[編輯]

參考資料[編輯]

  1. ^ iOS 11 今秋将为 iPhone 和 iPad 带来众多强大新功能. Apple. 2017-06-05 [2017-06-08]. 在 iOS 11 中,Apple 引入了一項名為「高效圖檔格式」(High Efficiency Image File Format,簡稱 HEIF) 的新技術,可讓 iPhone 7 和 iPhone 7 Plus 拍攝的每一張相片縮小檔案尺寸。 
  2. ^ MPEG. [2015-11-25]. 
  3. ^ MPEG. [2015-11-25]. 
  4. ^ Evidence motivates MPEG to launch new standardization effort for HDR. 
  5. ^ 5.0 5.1 M. M. Hannuksela. Overview of the High Efficiency Image File Format. JCT-VC document JCTVC-V0072, Oct. 2015. 
  6. ^ Announcing Windows 10 Insider Preview Build 17123 for Fast Ring Subscribers. [2018-03-16] (美國英語). 
  7. ^ HEIC File Extension - What is a .heic file and how do I open it?. fileinfo.com (英語). 
  8. ^ Hollister, Sean. Apple answers iPhone storage woes with smaller photos, videos. CNET. CBS Interactive. June 5, 2017 [September 30, 2017]. 
  9. ^ Snell, Jason. iOS 11: HEVC, HEIF, and what you need to know about these new video and photo formats. Macworld. September 20, 2017 [September 30, 2017]. 
  10. ^ Shu, Lee. Here’s what HEIF and HEVC are, and why they’ll improve your iPhone with iOS 11. Digital Trends. September 19, 2017 [September 30, 2017]. 
  11. ^ Previewing Android P. Android Developers Blog. [2018-03-07] (美國英語). 
  12. ^ HEIC and HEVC media files support in Lightroom and Camera Raw. helpx.adobe.com. [2018-08-06] (英語). 
  13. ^ 2018 releases of Photoshop CC. helpx.adobe.com. [2019-01-23] (英語). 
  14. ^ GIMP 2.10.2 Released. GIMP News. 2018-05-20 [2018-05-22]. 
  15. ^ Zoner Photo Studio X brings support for the HEIF image format to Windows. DPReview. [2018-03-20]. 
  16. ^ 16.0 16.1 HEIF support comes to Windows with Zoner Photo Studio - DIY Photography. DIY Photography. 2017-11-28 [2018-03-20] (美國英語). 
  17. ^ https://github.com/nokiatech/heif
  18. ^ Media Types. IANA. 2016-01-14 [2016-01-18]. 

外部連結[編輯]