Chuyển đổi bất kỳ hình ảnh thành AVS

AVIF (AV1 Image File Format) là định dạng tệp hình ảnh hiện đại sử dụng codec video AV1 để cung cấp hiệu quả nén vượt trội so với các định dạng cũ hơn như JPEG, PNG và WebP. Được phát triển bởi Liên minh Truyền thông Mở (AOMedia), AVIF hướng đến việc cung cấp hình ảnh chất lượng cao với kích thước tệp nhỏ hơn, khiến nó trở thành lựa chọn hấp dẫn cho các nhà phát triển web và người tạo nội dung muốn tối ưu hóa trang web và ứng dụng của họ.

Cốt lõi của AVIF là codec video AV1, được thiết kế như một giải pháp thay thế miễn phí bản quyền cho các codec độc quyền như H.264 và HEVC. AV1 sử dụng các kỹ thuật nén tiên tiến, chẳng hạn như dự đoán trong khung hình và giữa các khung hình, mã hóa biến đổi và mã hóa entropy, để đạt được mức tiết kiệm bitrate đáng kể trong khi vẫn duy trì chất lượng hình ảnh. Bằng cách tận dụng khả năng mã hóa trong khung hình của AV1, AVIF có thể nén hình ảnh tĩnh hiệu quả hơn so với các định dạng truyền thống.

Một trong những tính năng chính của AVIF là hỗ trợ cả nén có mất mát và không mất mát. Nén có mất mát cho phép tỷ lệ nén cao hơn với cái giá phải trả là một số chất lượng hình ảnh, trong khi nén không mất mát bảo toàn dữ liệu hình ảnh gốc mà không mất bất kỳ thông tin nào. Tính linh hoạt này cho phép các nhà phát triển chọn chế độ nén phù hợp dựa trên các yêu cầu cụ thể của họ, cân bằng giữa kích thước tệp và độ trung thực của hình ảnh.

AVIF cũng hỗ trợ nhiều không gian màu và độ sâu bit, khiến nó phù hợp với nhiều loại hình ảnh và trường hợp sử dụng khác nhau. Nó có thể xử lý cả không gian màu RGB và YUV, với độ sâu bit từ 8 đến 12 bit trên mỗi kênh. Ngoài ra, AVIF hỗ trợ hình ảnh dải động cao (HDR), cho phép thể hiện nhiều giá trị độ sáng hơn và màu sắc sống động hơn. Khả năng này đặc biệt có lợi cho màn hình HDR và nội dung.

Một lợi thế đáng kể khác của AVIF là khả năng mã hóa hình ảnh có kênh alpha, cho phép tính trong suốt. Tính năng này rất quan trọng đối với đồ họa và logo yêu cầu tích hợp liền mạch với các màu nền hoặc hoa văn khác nhau. Hỗ trợ kênh alpha của AVIF hiệu quả hơn so với PNG, vì nó có thể nén thông tin trong suốt cùng với dữ liệu hình ảnh.

Để tạo hình ảnh AVIF, dữ liệu hình ảnh nguồn trước tiên được chia thành lưới các đơn vị mã hóa, thường có kích thước 64x64 pixel. Sau đó, mỗi đơn vị mã hóa được chia nhỏ thành các khối nhỏ hơn, được bộ mã hóa AV1 xử lý độc lập. Bộ mã hóa áp dụng một chuỗi các kỹ thuật nén, chẳng hạn như dự đoán, mã hóa biến đổi, lượng tử hóa và mã hóa entropy, để giảm kích thước dữ liệu trong khi vẫn bảo toàn chất lượng hình ảnh.

Trong giai đoạn dự đoán, bộ mã hóa sử dụng dự đoán trong khung hình để ước tính các giá trị pixel trong một khối dựa trên các pixel xung quanh. Quá trình này khai thác sự trùng lặp không gian và giúp giảm lượng dữ liệu cần mã hóa. Dự đoán giữa các khung hình, được sử dụng trong nén video, không áp dụng cho hình ảnh tĩnh như AVIF.

Sau khi dự đoán, dữ liệu còn lại (sự khác biệt giữa các giá trị pixel dự đoán và thực tế) trải qua mã hóa biến đổi. Codec AV1 sử dụng một tập hợp các hàm biến đổi cosin rời rạc (DCT) và biến đổi sin rời rạc không đối xứng (ADST) để chuyển đổi dữ liệu miền không gian thành miền tần số. Bước này giúp tập trung năng lượng của tín hiệu còn lại thành ít hệ số hơn, giúp dễ nén hơn.

Sau đó, lượng tử hóa được áp dụng cho các hệ số đã biến đổi để giảm độ chính xác của dữ liệu. Bằng cách loại bỏ thông tin ít quan trọng hơn, lượng tử hóa cho phép tỷ lệ nén cao hơn với cái giá phải trả là một số chất lượng hình ảnh bị mất. Các tham số lượng tử hóa có thể được điều chỉnh để kiểm soát sự cân bằng giữa kích thước tệp và độ trung thực của hình ảnh.

Cuối cùng, các kỹ thuật mã hóa entropy, chẳng hạn như mã hóa số học hoặc mã hóa độ dài biến đổi, được sử dụng để nén thêm các hệ số đã lượng tử hóa. Các kỹ thuật này gán các mã ngắn hơn cho các ký hiệu xuất hiện thường xuyên hơn, dẫn đến biểu diễn nhỏ gọn hơn của dữ liệu hình ảnh.

Khi quá trình mã hóa hoàn tất, dữ liệu hình ảnh đã nén được đóng gói vào định dạng chứa AVIF, bao gồm siêu dữ liệu như kích thước hình ảnh, không gian màu và độ sâu bit. Tệp AVIF kết quả sau đó có thể được lưu trữ hoặc truyền đi một cách hiệu quả, chiếm ít không gian lưu trữ hoặc băng thông hơn so với các định dạng hình ảnh khác.

Để giải mã hình ảnh AVIF, quá trình ngược lại được thực hiện. Bộ giải mã trích xuất dữ liệu hình ảnh đã nén từ vùng chứa AVIF và áp dụng giải mã entropy để tái tạo các hệ số đã lượng tử hóa. Sau đó, lượng tử hóa ngược và mã hóa biến đổi ngược được thực hiện để thu được dữ liệu còn lại. Các giá trị pixel dự đoán, được lấy từ dự đoán trong khung hình, được thêm vào dữ liệu còn lại để tái tạo hình ảnh cuối cùng.

Một trong những thách thức trong việc áp dụng AVIF là việc giới thiệu tương đối gần đây và hỗ trợ trình duyệt hạn chế so với các định dạng đã được thiết lập như JPEG và PNG. Tuy nhiên, khi ngày càng nhiều trình duyệt và công cụ xử lý hình ảnh bắt đầu hỗ trợ AVIF một cách tự nhiên, việc áp dụng nó dự kiến sẽ tăng lên, thúc đẩy bởi nhu cầu ngày càng tăng đối với khả năng nén hình ảnh hiệu quả.

Để giải quyết các vấn đề về khả năng tương thích, các trang web và ứng dụng có thể sử dụng các cơ chế dự phòng, phục vụ hình ảnh AVIF cho các máy khách tương thích trong khi cung cấp các định dạng thay thế như JPEG hoặc WebP cho các trình duyệt cũ hơn. Phương pháp này đảm bảo rằng người dùng có thể truy cập nội dung bất kể trình duyệt của họ có hỗ trợ AVIF hay không.

Tóm lại, AVIF là một định dạng tệp hình ảnh đầy hứa hẹn tận dụng sức mạnh của codec video AV1 để mang lại hiệu quả nén vượt trội. Với khả năng hỗ trợ nén có mất mát và không mất mát, nhiều không gian màu và độ sâu bit, hình ảnh HDR và độ trong suốt của kênh alpha, AVIF cung cấp giải pháp linh hoạt để tối ưu hóa hình ảnh trên web. Khi hỗ trợ trình duyệt tiếp tục mở rộng và nhiều công cụ hơn áp dụng AVIF, nó có khả năng trở thành lựa chọn ưa thích cho các nhà phát triển và người tạo nội dung muốn giảm kích thước tệp hình ảnh mà không ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh.