Zobacz AVSs

AVIF (AV1 Image File Format) to nowoczesny format plików graficznych, który wykorzystuje kodek wideo AV1, aby zapewnić lepszą wydajność kompresji w porównaniu ze starszymi formatami, takimi jak JPEG, PNG i WebP. Opracowany przez Alliance for Open Media (AOMedia), AVIF ma na celu dostarczanie wysokiej jakości obrazów przy mniejszych rozmiarach plików, co czyni go atrakcyjnym wyborem dla twórców stron internetowych i twórców treści, którzy chcą zoptymalizować swoje witryny i aplikacje.

Podstawą AVIF jest kodek wideo AV1, który został zaprojektowany jako alternatywa bez opłat licencyjnych dla zastrzeżonych kodeków, takich jak H.264 i HEVC. AV1 wykorzystuje zaawansowane techniki kompresji, takie jak predykcja wewnątrzramkowa i międzyramkowa, kodowanie transformacji i kodowanie entropii, aby osiągnąć znaczną oszczędność przepływności bitów przy zachowaniu jakości wizualnej. Wykorzystując możliwości kodowania wewnątrzramkowego AV1, AVIF może kompresować nieruchome obrazy bardziej wydajnie niż tradycyjne formaty.

Jedną z kluczowych cech AVIF jest obsługa zarówno kompresji stratnej, jak i bezstratnej. Kompresja stratna pozwala na wyższe współczynniki kompresji kosztem pewnej jakości obrazu, podczas gdy kompresja bezstratna zachowuje oryginalne dane obrazu bez utraty informacji. Ta elastyczność pozwala programistom wybrać odpowiedni tryb kompresji w oparciu o ich konkretne wymagania, równoważąc rozmiar pliku i wierność obrazu.

AVIF obsługuje również szeroką gamę przestrzeni kolorów i głębi bitowej, co czyni go odpowiednim dla różnych typów obrazów i przypadków użycia. Może obsługiwać zarówno przestrzenie kolorów RGB, jak i YUV, z głębią bitową od 8 do 12 bitów na kanał. Ponadto AVIF obsługuje obrazowanie o wysokim zakresie dynamiki (HDR), umożliwiając reprezentację szerszego zakresu wartości luminancji i bardziej żywych kolorów. Ta możliwość jest szczególnie korzystna w przypadku wyświetlaczy HDR i treści.

Kolejną znaczącą zaletą AVIF jest jego zdolność do kodowania obrazów z kanałem alfa, umożliwiając przezroczystość. Ta funkcja jest kluczowa dla grafiki i logo, które wymagają płynnej integracji z różnymi kolorami tła lub wzorami. Obsługa kanału alfa AVIF jest bardziej wydajna w porównaniu z PNG, ponieważ może kompresować informacje o przezroczystości wraz z danymi obrazu.

Aby utworzyć obraz AVIF, dane obrazu źródłowego są najpierw dzielone na siatkę jednostek kodujących, zwykle o rozmiarze 64x64 pikseli. Każda jednostka kodująca jest następnie dzielona na mniejsze bloki, które są przetwarzane niezależnie przez koder AV1. Koder stosuje sekwencję technik kompresji, takich jak predykcja, kodowanie transformacji, kwantyzacja i kodowanie entropii, aby zmniejszyć rozmiar danych przy zachowaniu jakości obrazu.

Podczas etapu predykcji koder wykorzystuje predykcję wewnątrzramkową, aby oszacować wartości pikseli w bloku na podstawie otaczających pikseli. Ten proces wykorzystuje nadmiarowość przestrzenną i pomaga zmniejszyć ilość danych, które muszą zostać zakodowane. Predykcja międzyramkowa, która jest używana w kompresji wideo, nie ma zastosowania do nieruchomych obrazów, takich jak AVIF.

Po predykcji dane resztkowe (różnica między przewidywanymi a rzeczywistymi wartościami pikseli) podlegają kodowaniu transformacji. Kodek AV1 wykorzystuje zestaw funkcji dyskretnej transformacji kosinusowej (DCT) i asymetrycznej dyskretnej transformacji sinusoidalnej (ADST) do konwersji danych domeny przestrzennej do domeny częstotliwości. Ten krok pomaga skoncentrować energię sygnału resztkowego w mniejszej liczbie współczynników, co czyni go bardziej podatnym na kompresję.

Następnie do przekształconych współczynników stosuje się kwantyzację, aby zmniejszyć precyzję danych. Odrzucając mniej istotne informacje, kwantyzacja pozwala na wyższe współczynniki kompresji kosztem pewnej utraty jakości obrazu. Parametry kwantyzacji można dostosować, aby kontrolować kompromis między rozmiarem pliku a wiernością obrazu.

Na koniec techniki kodowania entropii, takie jak kodowanie arytmetyczne lub kodowanie o zmiennej długości, są używane do dalszej kompresji skwantyzowanych współczynników. Techniki te przypisują krótsze kody do częściej występujących symboli, co skutkuje bardziej zwartą reprezentacją danych obrazu.

Po zakończeniu procesu kodowania skompresowane dane obrazu są pakowane do formatu kontenera AVIF, który zawiera metadane, takie jak wymiary obrazu, przestrzeń kolorów i głębia bitowa. Powstały plik AVIF można następnie przechowywać lub przesyłać wydajnie, zajmując mniej miejsca w pamięci lub przepustowości w porównaniu z innymi formatami obrazu.

Aby zdekodować obraz AVIF, wykonuje się odwrotny proces. Dekoder wyodrębnia skompresowane dane obrazu z kontenera AVIF i stosuje dekodowanie entropii, aby zrekonstruować skwantyzowane współczynniki. Następnie wykonywane jest odwrotne kwantyzowanie i odwrotne kodowanie transformacji w celu uzyskania danych resztkowych. Przewidywane wartości pikseli, uzyskane z predykcji wewnątrzramkowej, są dodawane do danych resztkowych w celu zrekonstruowania końcowego obrazu.

Jednym z wyzwań w przyjęciu AVIF jest jego stosunkowo niedawne wprowadzenie i ograniczone wsparcie przeglądarek w porównaniu z ugruntowanymi formatami, takimi jak JPEG i PNG. Jednak w miarę jak coraz więcej przeglądarek i narzędzi do przetwarzania obrazu zaczyna natywnie obsługiwać AVIF, oczekuje się, że jego adopcja wzrośnie, napędzana rosnącym zapotrzebowaniem na wydajną kompresję obrazu.

Aby rozwiązać problemy ze zgodnością, witryny internetowe i aplikacje mogą stosować mechanizmy zastępcze, dostarczając obrazy AVIF do kompatybilnych klientów, a jednocześnie zapewniając alternatywne formaty, takie jak JPEG lub WebP, dla starszych przeglądarek. To podejście zapewnia, że użytkownicy mogą uzyskać dostęp do treści niezależnie od tego, czy ich przeglądarka obsługuje AVIF.

Podsumowując, AVIF to obiecujący format pliku obrazu, który wykorzystuje moc kodeka wideo AV1, aby zapewnić lepszą wydajność kompresji. Dzięki obsłudze kompresji stratnej i bezstratnej, szerokiej gamie przestrzeni kolorów i głębi bitowej, obrazowaniu HDR i przezroczystości kanału alfa, AVIF oferuje wszechstronne rozwiązanie do optymalizacji obrazów w sieci. W miarę jak wsparcie przeglądarek będzie się rozszerzać, a więcej narzędzi będzie obsługiwać AVIF, ma on potencjał, aby stać się preferowanym wyborem dla programistów i twórców treści, którzy chcą zmniejszyć rozmiary plików graficznych bez uszczerbku dla jakości wizualnej.