HEIF и HEIC: форматы изображений¶

HEIF (High Efficiency Image File Format) — контейнерный формат для хранения цифровых изображений и последовательностей изображений, разработанный группой MPEG и стандартизированный в 2015 году как часть MPEG-H Part 12 (ISO/IEC 23008-12). Формат основан на структуре медиаконтейнера ISO Base Media File Format (ISOBMFF), что роднит его с такими форматами, как MP4 и MOV. HEIC — это распространённое практическое воплощение HEIF, использующее сжатие по стандарту HEVC (High Efficiency Video Coding, также известного как H.265) для кодирования отдельных изображений.

¶История и предпосылки создания

Разработка HEIF началась в ответ на растущую потребность в более эффективном сжатии изображений, чем то, что предлагал формат JPEG, созданный в 1992 году. К середине 2010-х годов разрешение камер смартфонов и цифровых фотокамер значительно выросло, а объёмы генерируемых пользователями фотографий создавали нагрузку на системы хранения и передачи данных. JPEG, несмотря на свою повсеместность, морально устарел: он поддерживает только 8-битные каналы, не имеет встроенной поддержки альфа-канала (прозрачности) и демонстрирует заметные артефакты при высоких степенях сжатия.

Стандарт HEIF был официально опубликован в 2015 году. Он не предписывает жёстко использование какого-либо конкретного алгоритма сжатия, а определяет структуру контейнера, в который могут быть помещены данные, сжатые различными кодеками. Наиболее распространённым кодеком для HEIF стал HEVC, обеспечивающий примерно вдвое лучшую степень сжатия при сопоставимом визуальном качестве по сравнению с JPEG. Файлы, использующие HEVC внутри контейнера HEIF, получили расширение .heic. Существуют также реализации HEIF на основе кодеков AV1 (файлы .avif) и Versatile Video Coding (VVC).

¶Технические особенности и устройство

Ключевое отличие HEIF от растровых форматов вроде JPEG или PNG заключается в его контейнерной архитектуре. Файл HEIF может хранить не одно изображение, а целый набор связанных элементов: сами изображения, производные изображения (результаты поворота, кадрирования или наложения фильтров без перекодирования исходных данных), вспомогательные изображения (карты глубины, альфа-каналы, HDR-данные) и метаданные (EXIF, XMP). Это делает формат пригодным для хранения покадровых последовательностей, анимированных изображений и многокадровых фотографий, таких как Live Photo или серийная съёмка.

Структура HEIF базируется на «боксах» (boxes) — логических блоках данных, аналогичных атомам в формате MP4. Основные типы боксов включают:

• ftyp — описывает тип файла и совместимость;
• **meta (организация признана экстремистской, деятельность запрещена в РФ)** — содержит метаданные, включая информацию об изображениях, их свойствах и взаимосвязях;
• mdat — содержит непосредственно сжатые медиаданные (пиксельные данные).

¶Преимущества перед JPEG

1. Эффективность сжатия: при одинаковом визуальном качестве файл HEIC обычно занимает на 40–50% меньше места, чем JPEG. Это достигается за счёт более совершенного внутрикадрового предсказания в HEVC.
2. Глубина цвета: HEIF поддерживает 8-, 10-, 12-битные и более высокие разрядности цветовых каналов, что необходимо для корректного отображения HDR-контента (широкий динамический диапазон).
3. Прозрачность и многослойность: встроенная поддержка альфа-канала (в отличие от JPEG).
4. Хранение нескольких изображений: возможность сохранять серию кадров или производные версии (миниатюры, обрезки) в одном файле.
5. Поддержка HDR: возможность хранить карты яркости и цветовую информацию в формате широкого динамического диапазона.

¶Недостатки и ограничения

• Обратная совместимость: HEIF не поддерживается старыми программами и устройствами, созданными до 2017 года.
• Патенты и лицензирование: использование кодека HEVC, на котором основан HEIC, требует лицензионных отчислений владельцам патентов (патентные пулы MPEG LA, HEVC Advance и Velos Media). Это создаёт юридические сложности для разработчиков программного обеспечения.
• Вычислительная сложность: кодирование и декодирование HEVC требуют значительно больших вычислительных ресурсов, чем JPEG, что может влиять на время обработки и энергопотребление устройств.
• Чувствительность к повреждениям: как и другие форматы со сжатием на основе дискретного косинусного преобразования, HEIF подвержен заметной деградации при повреждении части файла.

¶Распространение и поддержка

¶Операционные системы и устройства

Первым массовым внедрением HEIF стало использование формата в операционной системе iOS 11 от Apple в 2017 году. Начиная с этого релиза, камеры iPhone и iPad по умолчанию сохраняют фотографии в формате HEIC. Компания Apple также внедрила поддержку HEIF в macOS High Sierra. Операционная система Android получила официальную поддержку HEIF начиная с версии 9 (Pie), выпущенной в 2018 году. Однако многие производители смартфонов на базе Android продолжают использовать JPEG по умолчанию из-за вопросов совместимости.

¶Программное обеспечение

Поддержка HEIF была добавлена в основные операционные системы: Microsoft добавила поддержку HEIC в Windows 10 (через отдельное расширение из Microsoft Store) и Windows 11. Среди популярных программных продуктов поддержку HEIF обеспечивают: Adobe Photoshop, Adobe Lightroom, GIMP (через плагины), а также многие современные браузеры. Браузеры Safari, Google Chrome и Mozilla Firefox поддерживают отображение изображений AVIF — варианта HEIF с кодеком AV1, который не требует лицензионных отчислений.

¶Стандартизация и альтернативы

HEIF является международным стандартом ISO/IEC. В 2019 году на основе HEIF был создан формат AVIF (AV1 Image File Format), использующий свободный от роялти кодек AV1. AVIF получил значительную поддержку в веб-сообществе как потенциальная замена JPEG и WebP. Другим конкурирующим форматом является JPEG XL, разработанный совместно Google и Cloudinary, который также предлагает высокую степень сжатия и поддержку современных функций, но не основан на контейнере ISOBMFF.

¶Применение

Основная область применения HEIF/HEIC — фотография, снятая на мобильные устройства. Формат используется для хранения фотографий в HDR-режиме, поддержки Live Photo (коротких видеопоследовательностей) и экономии места в облачных хранилищах. В профессиональной фотографии HEIF применяется реже из-за сложностей рабочего процесса и предпочтения формата RAW для постобработки. В вебе формат AVIF постепенно набирает популярность как современная альтернатива JPEG для отображения изображений на сайтах.

¶Источники

• ISO/IEC 23008-12:2017 Information technology — High efficiency coding and media delivery in heterogeneous environments — Part 12: Image File Format.
• Sullivan, G. J., Ohm, J. R., Han, W. J., & Wiegand, T. (2012). Overview of the High Efficiency Video Coding (HEVC) Standard. IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology.
• Документация Apple Developer: HEIF and HEVC.
• Спецификация Alliance for Open Media: AV1 Image File Format (AVIF).