HEIF: больше изображений, меньше байт

Как гибкий контейнер для изображений развивается от передовой фотографии и HDR до геопространственных изображений и легких веб-ресурсов

Каждый день миллиарды изображений снимаются, редактируются, передаются и отображаются на смартфонах, камерах, в веб-приложениях и облачных сервисах. По мере улучшения качества изображений за счет съемки с расширенным динамическим диапазоном (HDR), вычислительной фотографии и более богатых метаданных формат файла сжатого изображения имеет почти такое же значение, как и сам кодек.

Для решения этой задачи компания Nokia и другие участники MPEG разработали формат файлов высокой эффективности (High Efficiency Image File Format, HEIF), впервые стандартизированный в 2015 году. С тех пор HEIF превратился из формата для эффективного хранения изображений в универсальный каркас для передовой фотографии, коллекций изображений, HDR, аннотаций, геопространственных изображений и многого другого [1][9]. Недавние доработки добавляют поддержку универсального видеокодирования (Versatile Video Coding, VVC/H.266) и представляют формат файлов изображений с низкими накладными расходами (Low-overhead Image File Format) для небольших ресурсов, таких как иконки, миниатюры и стикеры.

Почему HEIF — это больше, чем просто еще один формат изображений

Традиционные форматы изображений обычно тесно связывают кодек изображения и структуру файла. HEIF использует более гибкий подход. Это структурный формат: контейнер, который определяет, как организованы изображения, метаданные и взаимосвязи, позволяя при этом сжимать сами данные изображения с помощью различных технологий кодирования.

Проще говоря, кодек сжимает пиксели, а HEIF упаковывает полученное изображение и информацию, необходимую для его использования. Такое разделение позволяет контейнеру внедрять новые кодек без перепроектирования сопутствующего рабочего процесса обработки изображений.

Созданный на базе формата файла ISO Base Media File Format (ISOBMFF, ISO/IEC 14496-12), HEIF может хранить отдельные изображения, коллекции изображений и последовательности изображений. Он также может связывать основное изображение с миниатюрами, альфа-каналами, картами глубин, метаданными и другим вспомогательным контентом.

Возможности, которые предоставляет HEIF

Передовая фотография и вычислительная визуализация

• Множественные снимки для брекетинга экспозиции, баланса белого, фокуса, вспышки или глубины резкости
• Вспомогательные изображения, включая альфа-каналы для прозрачности и карты глубин
• Метаданные камеры и съемки, способные поддерживать вычислительную фотографию, 3D-реконструкцию и рабочие процессы AR или XR

Коллекции и последовательности изображений

• Серийная съемка и анимированные последовательности изображений
• Панорамы, альбомы, коллекции изображений и слайд-шоу с эффектами перехода
• Основное изображение вместе с миниатюрами и связанными изображениями в одном файле

Неразрушающие операции с изображениями

HEIF может описывать общие операции представления без изменения или повторного сжатия лежащего в основе закодированного изображения. К ним относятся поворот на 90, 180 и 270 градусов, кадрирование, наложение изображений и сетки изображений. Отказ от ненужного повторного сжатия помогает сохранить качество и может снизить нагрузку на обработку.

Выбор технологии сжатия

Поскольку HEIF гибко подходит к выбору кодеков, он может хранить изображения и последовательности изображений, закодированные с использованием нескольких стандартов, включая:

• Расширенное видеокодирование (AVC/H.264)
• Высокоэффективное видеокодирование (HEVC/H.265)
• Универсальное видеокодирование (VVC/H.266)
• Эфирное видеокодирование MPEG-5 (EVC)
• JPEG

Что нового в третьем издании HEIF

Третье издание HEIF [2] расширяет возможности формата за рамки хранения и организации, обеспечивая более богатые возможности доставки и демонстрации.

Прогрессивный рендеринг

Изображение может постепенно детализироваться по мере его скачивания, что позволяет отобразить предварительное представление до того, как прибудут все данные изображения. Это полезно для веб-доставки, облачных фотосервисов и крупных хранилищ изображений.

Параметры камеры и аннотации областей

HEIF может содержать внутренние и внешние параметры камеры, а также аннотации, привязанные к областям изображения. Эти функции могут поддерживать вычислительную визуализацию, 3D-реконструкцию, автоматизированный анализ и интерактивный контент.

Отрисовываемый текст и шрифты

Текст и связанные с ним шрифты могут передаваться отдельно от базового изображения. Это позволяет создавать изображения с подписями или в стиле мем-картинок, локализованную графику и аннотированный контент без повторного сжатия базового изображения при каждом изменении текста.

HDR-изображения с картами усиления

Поправка к третьему изданию добавляет формирование отображения тонов для HDR-изображений с картами усиления (HDR gain-map imaging) [3]. Базовое изображение, изображение карты усиления и метаданные отображения тонов могут храниться вместе, так что один и тот же контент может корректно отображаться на экранах с разными возможностями. Метаданные карты усиления могут соответствовать стандарту ISO 21496-1.

HEIF для карт и очень больших изображений

Дальнейшие расширения поддерживают обзорные изображения, тайловые изображения и многоуровневые пирамиды изображений. Программа просмотра может запрашивать только ту область и то разрешение, которые ей нужны, вместо того чтобы декодировать или передавать все очень большое изображение целиком.

Это особенно актуально для цифровых карт, спутниковых снимков, навигационных систем и облачных геопространственных сервисов. Сочетание разбиения на тайлы с эффективными кодеками, такими как HEVC или VVC, поддерживает масштабируемое хранение и распространение крупных визуальных наборов данных.

HEIF с низкими накладными расходами: сокращение издержек для небольших веб-изображений

Богатые функции контейнера ценны для сложного медиаконтента, но традиционные метаданные HEIF могут оказаться непропорционально большими, когда само изображение крошечное. Иконки, стикеры, эмодзи, миниатюры и элементы интерфейса могут содержать лишь небольшую сжатую полезную нагрузку, поэтому несколько сотен байт метаданных контейнера могут существенно повлиять на общий размер файла.

HEIF с низкими накладными расходами [4] решает эту задачу, заменяя традиционную иерархическую структуру метаданных HEIF компактным линейным представлением. Он разработан для сохранения основных возможностей, необходимых для небольшого первичного изображения и связанных с ним данных, при минимизации накладных расходов контейнера.

Что может содержать HEIF с низкими накладными расходами

• Единственное первичное изображение
• Вспомогательные изображения, включая альфа-изображение для прозрачности и карту усиления для HDR
• Цветовые профили ICC, метаданные EXIF и XMP
• Размеры изображения, информацию о цвете и конфигурацию декодера
• Компактное представление данных конфигурации кодека

HEIF с низкими накладными расходами также определяет, каким образом считывающее устройство может восстановить традиционную структуру метаданных, совместимую с HEIF. Это позволяет повторно использовать существующий код обработки HEIF после легкого этапа предварительной обработки, уменьшая бремя интеграции для уже существующих реализаций.

Измеренные преимущества для небольших изображений

Nokia оценила работу HEIF с низкими накладными расходами и компактной конфигурацией VVC в сравнении с обычным HEIF с обычной конфигурацией VVC, используя изображения из тестового набора данных JPEG AI [8]. Относительное преимущество наиболее заметно при самых малых разрешениях, где метаданные составляют большую долю от полного файла.

Разрешение изображения

Снижение битрейта с помощью HEIF с низкими накладными расходами

8 x 8

67.32%

16 x 16

56.63%

32 x 32

38.50%

64 x 64

20.21%

128 x 128

8.53%

256 x 256

3.12%

Среднее значение по протестированным размерам

32.39%

Таблица 1. Относительное снижение битрейта, достигнутое с помощью HEIF с низкими накладными расходами и компактной конфигурацией VVC.

Публикация исходного кода HEIF от компании Nokia

Компания Nokia опубликовала исходный код HEIF в качестве эталонной реализации, чтобы помочь разработчикам изучить формат, протестировать совместимость и создавать приложения. Репозиторий включает функции парсинга и записи боксов ISOBMFF, библиотеки для чтения и записи HEIF, а также Java API. Последние дополнения охватывают изображения с кодированием VVC и формат low-overhead HEIF с компактной конфигурацией VVC.

Эталонная реализация доступна в репозитории Nokia HEIF на GitHub [5]. Сопутствующий репозиторий соответствия HEIF [6] предоставляет файлы-кандидаты для тестирования как давно утвержденных, так и новых стандартизированных функций. Nokia также поддерживает сайт с примерами HEIF [7] с практической демонстрацией таких возможностей, как миниатюры, сетки изображений, наложения, последовательности, изображения с кодированием HEVC и VVC, а также файлы low-overhead HEIF.

Взгляд в будущее

Формат HEIF эволюционировал из эффективного способа упаковки изображений, закодированных с помощью HEVC, в более широкую платформу для работы с изображениями. Его гибкая контейнерная модель поддерживает продвинутую фотографию, коллекции изображений, неразрушающие операции, HDR, аннотации, крупные плиточные изображения, а также несколько современных и будущих технологий кодирования.

Поддержка VVC укрепляет позиции HEIF для сжатия изображений следующего поколения, в то время как low-overhead HEIF расширяет его ценность для небольших ресурсов, где важен каждый байт метаданных. Вместе эти разработки позволяют одной и той же экосистеме на базе стандартов обеспечивать как функционально богатую работу с изображениями, так и их легкую доставку через веб.

Список литературы

• К. Каммачи-Шридхар, Миска М. Ханнуксела, Эмре Б. Аксу, «Updated overview of the High Efficiency Image File Format», 44-я встреча JVET, Ханчжоу, Китай, октябрь 2026 г.
• ISO/IEC 23008-12:2025, Информационные технологии — Высокоэффективное кодирование и доставка медиаконтента в гетерогенных средах — Часть 12: Формат файлов изображений, третье издание, июль 2025 г.
• ISO/IEC 23008-12:2025 Поправка 2, Формат файлов изображений с низкими накладными расходами, июнь 2026 г.
• ISO/IEC JTC 1/SC 29/WG 1 и ITU-T SG16, Общие условия обучения и тестирования JPEG AI.
• Миска М. Ханнуксела, «Дай пять 10 годам HEIF», блоги Nokia, 30 мая 2023 г.