三星手機和HEIF - 圖片來自互聯網

從iOS11和Android 9開始，蘋果和谷歌都加入了HEIF文件格式的支持，而iOS甚至將HEIF作爲默認的照片存儲格式。那麼HEIF好處都有啥，甚至要取代橫行了網絡界幾十年之久的JPEG呢？今天我們就結合官方網站和白皮書介紹一下這個全新的影像格式。

什麼是HEIF

HEIF樣片 - 來自諾基亞官網

HEIF樣片 - 來自諾基亞官網

HEIF是一個由知名的影像機構MEPG研發的開放圖像文件格式，是高效率圖像文件格式[High Efficiency Image File Format]的英文縮寫，有時候也叫HEIC[High Efficiency Image File Coding]，文件名通常爲.heif或者.heic後綴。由於是MEPG帶頭，而且名字和視頻行業流行的HEVC很像，讀者們大概花點時間就可以猜出兩者的聯繫。在有損壓縮上，HEIF確實是通過HEVC來實現的[heif的無損數據壓縮也通過HEVC算法實現，但不是重點]。和JPEG不太一樣的是，HEIF是一種封裝格式，它不僅可以存儲靜態圖像和EXIF信息元數據等，還可以存儲動畫、圖像序列甚至視頻、音頻等等，存儲的數據種類要豐富得多，這點有點類似於視頻網站常見的mkv封裝，而HEIF的靜態圖像格式特指的是以HEVC編碼器進行壓縮的圖像數據和文件[HEVC Image File Format]。

HEIF的技術在2015年基本定型，官方網站網址是nokiatech.github.io，從目前公開的heif的讀寫工具等源代碼也確實是諾基亞在維護，可以算作是HEIF專利池的主要持有者之一。在2017年的WWDC大會上，蘋果也比較詳細介紹了HEIF的特點和優勢。

HEIF的優點

HEIF和其它圖像格式的畫質對比

雖然JPEG已經很老，但本身也在不停發展，其有損壓縮的技術和畫質在不斷優化，如果拿着20年前的ACDSEE 3.X和最近一兩年的圖像處理工具保存相同壓縮比的JPEG文件，會輕易發現新的JPEG不僅畫質明顯更好，而且文件可以明顯更小。蘋果願意在iOS上取代JPEG和常規的位圖作爲默認的照片文件存儲格式，就一定有更多的有點纔行。

HEIF相較於JPEG的壓縮比 - 來自維基百科

容量優勢：如果是經常混共享視頻網站的老玩家，一定會經常見過一些壓縮比高得驚人的HEVC視頻文件，可以在文件尺寸接近DVD容量的情況下實現藍光級別的畫質，這也是新的計算機算法和數學理論在不停進步的結果，得益於HEVC的超高壓縮比，到今天已經成爲了現在視頻網站的主流格式，就是因爲視屏網站的運營成本大頭在於存儲和網絡流量上，相對而言現在服務器的處理性能明顯過剩而導致VM虛擬機服務器氾濫，在大幅減少網絡流量的前提下實現更好的畫質對網站和用戶都是利好的。而HEVC在壓縮靜態圖像時同樣有非常理想的表現，MPEG聲稱在文件大小相同的情況下可以保留的信息是JPEG的兩倍，或者說畫質相同時HEIF容量只有不到JPG的一半。和分散的Android陣營不同，蘋果穩定的iPhone用戶羣留下的各種豔照對於iCloud雲存儲的壓力相當巨大。鼓勵用戶使用壓縮比大幅提高的HEIF別的好處不說，至少在服務器上可以省一筆大錢。

HEIF和GIF的畫質對比

畫質優勢：JPG雖然算法一直在改善，但本質上還是幾十年前的靜態位圖存儲格式，但面對越來越先進的拍攝和顯示設備已經逐漸力不從心，而發展到8K UHD的視頻編碼帶來的更高的上限。HEVC圖像和視頻一樣，支持高達16bit色深保存，而且和HDR圖像、廣色域等新技術的應用能更好地無縫配合，如果使用JPEG存儲照片還需要另外的輔助文件進行高動態顯示、景深、色深等信息的保存，而HEIF可以將這些元數據封裝至同一個文件中，記錄和顯示更明亮、更鮮豔生動的照片和視頻。另外在社交網絡上，各種沙雕動圖也是網友們必不可少的交流元素，而GIF則是比JPEG更加落後時代的東西，不僅畫質差而且文件體積龐大，得益於HEVC的視頻壓縮技術，HEIF在存儲動圖上在畫質和文件大小則更是碾壓級別的優勢。

HEIF和JPEG的畫質對比

HEIF和JPEG的畫質對比

內容靈活：由於HEIF是一種封裝格式，因此能保存的信息要遠遠比JPEG豐富，除了縮略圖、exif、元數據等信息外，還可以保存並顯示各種各樣的數據信息。在圖形技術和人工智能大發展的前提下，手機的拍照已經不再是簡單的快門眨眼了，例如手機的超級夜景、HDR照片就是通過多幀合成來實現高動態圖像，在HEIF中就可以直接把這些快門前後連拍圖像全部保存起來且得益於HEVC超高的壓縮比，文件大小還能在合理範圍內，給用戶的顯示和後期留下巨大的空間，另外HEIF支持透明圖層，拍照的景深圖像等都可以存儲成數據，或者單一文件直接保存多張圖像。從後期和可玩性來說，HEIF也比普通的JPEG甚至所謂的RAW、DNG等“原始數據”更爲豐富。

HEIF封裝的高速連拍照片

HEIF封裝的高速連拍照片

HEIF封裝的多張照片和視頻音頻

HEIF封裝的多張照片和視頻音頻

由於手機性能越來越強大，已經出現了拍照時同時保存視頻和錄音的玩法，但因爲文件容量和格式等侷限性，圖像和視頻無法合併成一個文件，而在HEIF中，照片、視頻、音頻可以封裝成單一文件。

對比和總結

HEIF和其它圖像格式的功能對比

相比其他格式圖像，上表也比較直觀的展示了HEIF相較於其它靜態圖像格式和封裝具有更多的特點和優勢，可以看出即使是相比出現時間較晚、谷歌主推過的webp格式，HEVC在功能和技術方面仍具備比較突出。雖然更高的壓縮比意味着需要更多的CPU和GPU進行編解碼工作，但目前手機和電腦硬件應付這些已經是綽綽有餘。更高的壓縮比意味着節省網絡空間和網絡流量，對於手機廠商、網絡服務商和消費者都是三贏的局面。另外更靈活的文件封裝，一張照片不再僅僅是一張照片，還能將一段短視頻和動圖保留在文件當中，不但管理保存更便利，還能在多年後爲用戶記錄下更多美好的回憶。

當然，對新技術不能光說優點，也難免會帶來新的問題。首先是HEIF需要比較新的操作系統才能支持，從iOS11、Android 9.0開始就支持HEIF文件，桌面系統最新的MacOS和Windows10 1803以後的系統纔開始支持。在圖像工具方面，商業化的Photoshop CC和Lightroom、Paint.NET、Affinity Photo以及開源免費的GIMP、ImageMagick都已經全面支持HEIF。在數量和質量方面並不是問題，但硬件和軟件要足夠新，老設備和老軟件似乎只能打出GG了。當然畢竟編解碼工具都是開放源代碼的，爲舊系統和軟件提供兼容性接口並不是大問題，應用和工具也會越來越多。但開源不等於可以免費商用，很多盈利企業和個人開發者需要的並不一定是先進或者開源，而是能在二次商用上進行白嫖，這也是很多老技術老設備在商業領域仍大行其道的原因之一。HEIF和HEVC的專利授權限制會對大規模普及帶來一定阻礙。

HEIF需要導出JPEG進行兼容

雖然HEIF和HEVC支持高達16bit色深和HDR高動態範圍，但民用顯示設備仍普遍在6bit和10bit之間反覆橫跳，HDR算法標準也在不停地鬥爭[HDR10和HLG]，iPhone拍攝的照片不加處理拿到別的系統上看色彩非常慘淡就是一個比較有意思的特例。另外，目前主要的網頁瀏覽器軟件仍未提供HEIF的原生支持，很多網絡應用和網站也就無法正常顯示HEIF圖像，例如在Facebook、微信等應用時，用戶上傳的圖像還是必須要轉換成JPG才能共享。

當然，即使畫質上的代差優勢展現不出來，HEIF在壓縮比的上優勢也會逼着蘋果谷歌等提供網絡存儲服務器的供應商普及以省錢，對於消費者來說也同樣如此。而且JPEG也實在太老了，雖然徹底取代還說得太早，但是現在也已經開始普及到正常使用的階段，新舊共存是沒問題的。

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