来自 科技 2020-04-28 17:27 的文章

5G时代,JPG图片格式可能被干掉!

疫情期间,你大概已经把手机电脑等各种设备里,曾经在外面浪的照片来回看了好几遍。这些影像记录了你的一年四季,喜怒哀乐,每一张都有不同的印记,但它们大多都有一个共同的后缀“.JPG”。未来,这个名字很可能会变成了“.HEIC”。

HEIF的全称是“High Efficiency Image Format”,高效率图片格式。

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这些都是HEIF格式的图片,是不是感觉这些图片比JPG更牛叉?好像并没有。那它为什么会取代我们用了这么多年的JPG呢?

要回答这个问题,还得从数字图像说起。数字图像的雏形出现在报业。1920年,两位英国人巴多罗买(Harry G. Bartholomew )和麦克法兰(Maynard D. McFarlane)发明了一套叫Bartlane的电缆图片传输系统。

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传输流程是先在传输端对图像进行编码,然后通过海底电缆传到接收端,再用特殊的打印设备重构这张图。这些全损画质的图就是Bartlane传输系统的作品。

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但是,它把新闻图片从伦敦传到纽约的时间从一周多减少到了3个小时,这维护了新闻的尊严。

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一直到1950年,美国麻省理工学院制造的第一台配有图形显示器的电子计算机——旋风I号(Whirlwind I)诞生后,数字图像才和电脑扯上关系。

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1957年,美国计算机科学家Russell Kirsch用计算机扫描的三个月大儿子的胶片底片,成为世界上第一张真正意义上的数字图片。

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之后,数字图像技术搭上了计算机技术的顺风车,朝着高清无码风驰电掣。1964年,“旅行者7号”拍摄的图像经过计算机处理后,可以很清晰地看到月亮之上没有嫦娥和玉兔。

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当然,图片越清晰意味着占的容量越大,前面提到的那张176×176的婴儿图片,就已经是当时计算机可以储存的容量极限。这里有必要提一个叫minitel的法式古早网络,它出现在万维网之前,为本国用户提供一些基础的网上冲浪体验,比如网购、预订火车票、查看股票价格、聊天等,资费每分钟1欧元。下载速度大约每秒0.14KB,也就是说,下载1m的图大概需要122欧元。

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因此,与minitel问世的同年,国际标准化组织火速成立了联合图像专家小组(Joint Photographic Experts Group),在十年后推出了JPEG标准。JPG就是用JPEG标准压缩后的图片格式。

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即使现在的手机容量已在TB的边缘试探,在没有压缩的原始图像面前,也都是浮云。

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未压缩图像的大小跟像素和色彩深度直接相关,色彩深度就是每个像素可能拥有的颜色数,你叫它像素深度、图像深度都可以。色彩深度越深,能表现的颜色也就越多,占的存储空间越大。

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以一张1920*1080的无压缩真彩图为例,它的色彩深度为32位,那么,这张图片大约等于8M。如果手机里存的都是这种图片,那你总插的就不是移动电源,而是移动硬盘。


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压缩的原理是去除图片中的重复信息,比如你45度角仰望天空时,不小心切换了后置摄像头,作品里大片的蓝色就是重复信息,专业术语叫空间冗余(图像内部相邻像素之间存在较多的相关性造成的冗余)。这时候只需要采样记录某些关键蓝色的像素就行了。JPEG可以把8M大小的图片压缩到约200KB。

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凭着业务能力强还不要钱两大优势,JPEG在图片格式届一直是领头大哥。回到开头提到的问题,为什么JPEG会被名不见经传的弟弟HEIF取代?当然是业务能力更强了!

HEIF诞生于国际标准化组织下的另外一个小组,动态图像专家组(Moving Picture Experts Group)。20年前我们经常使用的VCD、DVD里涉及的MPEG格式就是这个组织的作品。

和JPEG相比,HEIF可以节省两倍以上的空间。也就是说如果同一张图用JPEG保存时,大小是10M的话,用HEIF格式,大小可以压缩到5M,而且画质不会缩水。

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JPEG与HEIF的画质在图片压缩较高的情况下对比更明显

除此之外,HEIF不仅可以存储静态图像、EXIF、深度信息、透明通道等信息,还可以存储动画,甚至视频音频等等,长江后浪推前浪,前浪被拍死在沙滩上,GIF、PNG可能被一同干掉。

HEIF到今年已经7岁了,为啥存在感还是这么低呢?和之前万物拣过的Type-C一样,还是兼容性的问题。除了软件外,HEIF还需要处理器的硬解支持。对于已经习惯即点即开的用户来说,要折腾半天才能打开一张从观感上根本看不出提升的照片,无异于脱裤子放屁。除此之外还有一个重要问题,专利限制。也就是说,要使用这个格式,厂商要支付额外的专利费。不过这对苹果用户没有影响。作为HEIF格式专利池成员,2017年,苹果iOS11最先支持HEIF格式。

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2017WWDC

三星随后也加入了HEIF阵营。除了这两家之外,专利池里还有华为、佳能、三菱、飞利浦等43 名成员。


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三星 Galaxy S10已支持HEIF

虽然有很多限制条件,但在流媒体时代,HEIF格式的普及是迟早的事儿。21世纪最重要的是什么?没错,是流量!对网站来说就是在保证画质的前提下,尽可能压缩视频和图片的大小,节省带宽成本。对用户来说就是看视频和刷图片时,速度越快,用的流量越少越好。

在高清无码的趋势下,现在我们用得最多的视频编码H.264已经有点捉襟见肘,而且在面对4K以上的分辨率时,H.264只能说声臣妾做不到。而这些问题,都能随着HEIF格式的普及被解决。因为HEIF背后是HEVC,高效视频编码。它还有一个名字,H.265。和H.264相比,H.265的压缩率要高出2倍,而且还支持8K和最高300帧视频的压缩。

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HEIF的普及对网站和用户来说,可以说是新时代的多快好省。

就像躺在你抽屉里的MP3和Walkman一样,在不远的未来,记录了你喜怒哀乐的.jpg会被变成.heic。

格式被取代了,但记录的画面却有了更多的维度,这,是科技带给人类的温度。


参考资料:

[1]《The Bartlane Transmission System》,DigicamHistory.com;

[2]《Requirements for still image coding using HEVC》,mpeg.chiariglione.org;

[3]《What is a JPEG? The internet’s most popular image format explained》,bt.com;

[4] 《Minitel: The rise and fall of the France-wide web》,bbc.com;

[5]《The Bartlane System》,hffax.de;

[6]《图像压缩原理》,CSDN.net;

[7]《什么是HEVC和HEIF?有什么优缺点?》,搜狐网;

[8]《这个图像格式未来会统治你的设备》,36kr;

[9]《四个英文字母改变了世界,它们是JPEG》,人民网;

[10]《HEIF是什么鬼?小米要彻底终结JPEG?》,新浪网;