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APNG（動畫可攜式網路圖形）是一種檔案格式，它擴充了廣泛使用的 PNG（可攜式網路圖形）格式的功能，以支援動畫。它被建立出來，目的是為了提供一種更有效率且更易於取得的替代方案，用於在網路上傳遞動畫影像，取代 GIF（圖形交換格式）。APNG 保留了 PNG 的無失真壓縮和透明度功能，同時引入了儲存多個畫格的能力，允許建立流暢、高品質的動畫。

APNG 格式建立在現有的 PNG 結構之上，引入了專門為動畫設計的新區塊類型。APNG 中使用的主要區塊是 `acTL`（動畫控制）區塊和 `fcTL`（畫格控制）區塊。`acTL` 區塊置於檔案的開頭，包含有關動畫整體的資訊，例如畫格數和動畫應循環播放的次數。`fcTL` 區塊出現在每個畫格之前，並提供特定於畫格的詳細資訊，包括畫格的尺寸、位置和延遲時間。

APNG 的主要優點之一是它與標準 PNG 檢視器向後相容。APNG 檔案以與一般 PNG 檔案相同的簽章和關鍵區塊開頭，允許它在不支援 APNG 的應用程式中顯示為靜態影像。這確保了使用舊版瀏覽器或影像檢視器的使用者仍然可以檢視動畫的第一個畫格，在各種平台上維持相容性。

APNG 中的動畫處理基於一系列畫格，每個畫格由一個獨立的影像表示。第一個畫格通常是一個完全渲染的影像，而後續的畫格可以是完整畫格或僅包含與前一個畫格變更的部分畫格。這種方法允許更有效率的儲存和更快的載入時間，因為不變的像素不需要為每個畫格重新繪製。

要建立一個 APNG 檔案，可以使用影像編輯工具或專門的軟體來組裝個別畫格並產生必要的區塊。畫格通常會匯出為獨立的 PNG 檔案，然後使用 APNG 編碼器將它們合併成一個單一的 APNG 檔案。編碼器會分析畫格，決定最佳的編碼方法（完整畫格或部分畫格），並產生 `acTL` 和 `fcTL` 區塊來控制動畫播放。

當一個 APNG 檔案載入到相容的檢視器中時，檢視器會讀取 `acTL` 區塊來決定動畫屬性，然後依序處理畫格。與每個畫格關聯的 `fcTL` 區塊提供了必要的資訊來正確渲染畫格，包括它的持續時間和在畫布中的位置。檢視器會以指定的順序顯示畫格，使用延遲時間來控制動畫速度和循環行為。

APNG 比傳統的 GIF 動畫提供了多項優點。它支援 24 位元色彩和 8 位元透明度，與 GIF 受限的 256 色調色板相比，允許更鮮豔且更詳細的圖形。APNG 也提供了更好的壓縮，在等同的影像品質下產生更小的檔案大小。此外，APNG 允許變動的畫格速率，能夠更精確地控制動畫的時序和流暢度。

然而，APNG 確實有一些限制。儘管它受到 Firefox、Chrome 和 Safari 等主要網路瀏覽器的支援，但它的採用率不如 GIF。一些舊版的瀏覽器和影像檢視器可能沒有內建支援 APNG，需要使用者安裝擴充功能或使用替代軟體來檢視動畫。此外，與 GIF 相比，建立 APNG 檔案可能會更複雜，因為它涉及處理多個畫格和了解特定的區塊結構。

儘管有這些限制，APNG 近年來由於其優異的影像品質、更小的檔案大小，以及網路瀏覽器和影像編輯工具的支援度越來越高而獲得普及。它已成為在網站上傳遞高品質動畫的首選，特別是對於需要透明度和流暢播放的短循環動畫。

總之，APNG 是一種強大且多功能的檔案格式，它擴充了 PNG 的功能以支援動畫。透過利用現有的 PNG 結構並引入新的區塊進行動畫控制，APNG 提供了一個比 GIF 更有效率且視覺上更吸引人的替代方案。儘管它的支援度可能不如 GIF 廣泛，但網路瀏覽器對 APNG 的採用度越來越高，以及對高品質動畫的需求不斷增加，使其成為設計師和開發人員在網路上建立引人入勝且互動式內容的寶貴工具。

JPEG，全稱聯合圖像專家小組，是一種廣泛用於數位影像有損壓縮的方法，特別是針對數位攝影產生的影像。壓縮程度可以調整，允許在儲存大小和影像品質之間進行選擇性的權衡。JPEG 通常可以達到 10:1 的壓縮比，而影像品質幾乎沒有明顯損失。

JPEG 壓縮演算法是 JPEG 標準的核心。這個過程從將數位影像從其典型的 RGB 色彩空間轉換為稱為 YCbCr 的不同色彩空間開始。YCbCr 色彩空間將影像分為亮度 (Y)，代表亮度等級，以及色度 (Cb 和 Cr)，代表色彩資訊。這種分離是有益的，因為人眼對亮度的變化比對色彩更敏感，這讓壓縮可以利用這一點，比亮度更壓縮色彩資訊。

一旦影像進入 YCbCr 色彩空間，JPEG 壓縮過程的下一步就是對色度通道進行降採樣。降採樣會降低色度資訊解析度，這通常不會顯著影響影像的感知品質，因為人眼對色彩細節的敏感度較低。這個步驟是可選的，可以根據影像品質和檔案大小之間所需的平衡進行調整。

降採樣後，影像會被分成區塊，通常大小為 8x8 像素。然後每個區塊會個別處理。處理每個區塊的第一步是套用離散餘弦轉換 (DCT)。DCT 是一種數學運算，將空間域資料（像素值）轉換為頻率域。結果是一個頻率係數矩陣，以其空間頻率組成表示影像區塊的資料。

DCT 產生的頻率係數接著會被量化。量化是將一大組輸入值對應到一個較小的集合的過程——在 JPEG 的情況下，這表示降低頻率係數的精度。這是壓縮中有損失的部分，因為一些影像資訊會被捨棄。量化步驟由量化表控制，它決定對每個頻率組成套用多少壓縮。量化表可以調整為偏好較高的影像品質（較少壓縮）或較小的檔案大小（更多壓縮）。

量化後，係數會以鋸齒形順序排列，從左上角開始，並遵循一個優先考慮較低頻率組成而非較高頻率組成的模式。這是因為較低頻率組成（代表影像中較均勻的部分）比較高頻率組成（代表較精細的細節和邊緣）對整體外觀更重要。

JPEG 壓縮過程的下一步是熵編碼，這是一種無損壓縮的方法。JPEG 中最常見的熵編碼形式是霍夫曼編碼，儘管算術編碼也是一種選擇。霍夫曼編碼的工作原理是為較頻繁出現的項目分配較短的碼，為較不頻繁出現的項目分配較長的碼。由於鋸齒形排序傾向於將類似的頻率係數分組在一起，因此它提高了霍夫曼編碼的效率。

熵編碼完成後，壓縮資料會儲存在符合 JPEG 標準的檔案格式中。此檔案格式包含一個標頭，其中包含有關影像的資訊，例如其尺寸和使用的量化表，接著是霍夫曼編碼的影像資料。檔案格式也支援包含元資料，例如 EXIF 資料，其中可能包含有關用於拍攝照片的相機設定、拍攝日期和時間以及其他相關詳細資訊。

當開啟 JPEG 影像時，解壓縮過程基本上會反轉壓縮步驟。霍夫曼編碼的資料會被解碼，量化的頻率係數會使用壓縮期間使用的相同量化表進行反量化，並將反離散餘弦轉換 (IDCT) 套用於每個區塊，將頻率域資料轉換回空間域像素值。

反量化和 IDCT 過程會因為壓縮的有損性質而引入一些錯誤，這就是為什麼 JPEG 不適合會進行多次編輯和重新儲存的影像。每次儲存 JPEG 影像時，它都會再次經歷壓縮過程，並且會遺失額外的影像資訊。這可能會隨著時間推移導致影像品質明顯下降，這種現象稱為「世代損失」。

儘管 JPEG 壓縮具有有損性質，但由於其靈活性與效率，它仍然是一種流行的影像格式。JPEG 影像的檔案大小可以非常小，這使其非常適合用於網路，在網路中頻寬和載入時間是很重要的考量因素。此外，JPEG 標準包含漸進模式，允許影像以這樣的方式編碼，使其可以分多個步驟解碼，每個步驟都會提高影像解析度。這對於網路影像特別有用，因為它允許快速顯示低品質版本的影像，隨著更多資料下載，品質會提升。

JPEG 也有一些限制，並不總是所有類型影像的最佳選擇。例如，它不適合具有銳利邊緣或高對比文字的影像，因為壓縮會在這些區域周圍產生明顯的偽影。此外，JPEG 不支援透明度，這是 PNG 和 GIF 等其他格式提供的功能。

為了解決原始 JPEG 標準的一些限制，已經開發了新的格式，例如 JPEG 2000 和 JPEG XR。這些格式提供了更高的壓縮效率、支援更高的位元深度，以及透明度和無損壓縮等額外功能。然而，它們尚未達到與原始 JPEG 格式相同的廣泛採用程度。

總之，JPEG 影像格式是數學、人類視覺心理學和電腦科學的複雜平衡。其廣泛使用證明了它在縮小檔案大小的同時，維持大多數應用程式可以接受的影像品質的有效性。了解 JPEG 的技術方面可以幫助使用者在何時使用此格式以及如何針對品質和檔案大小的平衡最佳化其影像，以最符合其需求做出明智的決定。