HEIF e HEVC: il futuro dei file multimediali spiegato

JPG e MP4 sono i formati foto e video con cui lavoriamo da anni non solo su smartphone e tablet ma anche su PC. Sembra che questi tipi di file siano ora pronti per andare in pensione e stiano per essere sostituiti da HEIF e HEVC. Ma cosa rappresentano questi acronimi e come possono migliorare l'uso dei nostri dispositivi?

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• Cosa sono HEIF e HEVC?
• Dove troviamo questi formati?
• Perché usare HEIF o HEVC?

Cosa sono HEIF e HEVC?

Prima di tutto, dobbiamo distinguere i due termini:

• HEIF: è un formato file contenitore immagine che incorpora altri dati importanti.
• HEVC: Questo è uno standard di compressione ad alta efficienza solitamente usato per video e anche chiamato H.265.

Il primo termine si riferisce a un contenitore digitale in cui foto e altri dati con estensioni diverse possono essere memorizzati, come JPG, ma non solo. Il secondo termine si riferisce a un sistema di codifica video il cui risultato può essere memorizzato in diversi contenitori digitali come, per esempio, MOV o anche HEIF, come menzionato sopra. Confuso? Chiariamo.

HEIF

Acronimo di High Efficiency Image File Format, HEIF è un formato usato per contenere immagini singole o multiple. I file che usano questo formato possono ospitare contemporaneamente immagini di alta qualità compresse con codec HEVC (di cui parleremo dopo) e ulteriori informazioni relative a queste immagini anche di tipo diverso.

HEIF può contenere efficientemente alcune trasformazioni d'immagine come per esempio:

• Rotazione dell'immagine di 90, 180, o 270 gradi.
• Ritaglio dell'immagine dato un certo rettangolo.
• Sovrapposizione di qualsiasi numero di immagini in arrivo nell'ordine e posizioni indicate sulla finestra canvas dell'immagine sorgente.

Queste operazioni sono salvate dentro il contenitore come istruzioni per l'imager da eseguire. Significa che l'immagine originale non viene cambiata (preserva lo scatto, non viene sovrascritta con modifiche) o compressa di nuovo alla fine dell'operazione, evitando così perdita di qualità.

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HEIF introduce anche un framework per altre operazioni di editing non distruttive che possono essere chiarite da specifiche esterne. Una volta applicate queste operazioni, il risultato è noto come immagine derivata.

I seguenti tipi di dati possono trovarsi in questo particolare contenitore HEIF:

• Immagini: Individuali con proprietà e anteprime.
• Immagini derivate: Questo tipo di editing non distruttivo permette al software di visualizzazione immagini di applicare un set di istruzioni "al volo" senza distruggere l'immagine sorgente come descritto sopra.
• Sequenze immagini: multiple immagini che condividono certe proprietà come tempo di scatto ravvicinato, loro proprietà, e miniature. Questo formato è usato principalmente per esposizioni seriali o animazioni cinemagraph.
• Oggetti immagine ausiliari: Questi dati non sono direttamente visibili visualizzando il file e possono rappresentare piani alpha o mappe profondità.
• Metadati: Informazioni aggiuntive come EXIF, XMP o dati simili.

Alcuni possibili esempi d'uso dei contenitori HEIF:

• Un file immagine alta qualità e un'anteprima dello stesso in formato JPG qualità inferiore.
• File immagine multipli per raffica di foto così sono tutti memorizzati nello stesso pacchetto.
• File immagine multipli con diverse lunghezze focali.
• File immagine multipli con diverse esposizioni.
• Un file immagine e un video catturati nello stesso momento (leggi Motion Photos di Google Pixel 2 e Live Photos di iOS).

HEVC

Anche noto come H.265, è il successore dell'ormai universalmente usato AVC/H.264. È uno standard di compressione ad alta efficienza che può supportare risoluzioni fino a 8192x4320 e 8K UHD. HEVC è stato progettato con l'obiettivo di ridurre il bitrate nel video mantenendo la stessa qualità al costo di maggiore complessità computazionale. Questo codec è anche usato per comprimere immagini dentro i contenitori HEIF descritti sopra.

Come già accade nel codec H.264, HEVC controlla i frame del flusso immagine in cerca di aree ridondanti sia dentro la stessa immagine che dentro frame consecutivi. Queste aree ridondanti sono poi sostituite da una descrizione dell'area stessa invece dei singoli pixel per occupare meno spazio in memoria.

Cambiamenti chiave per HEVC includono espansione aree confronto modello e codifica differenze da 16×16 pixel a 64×64 pixel, segmentazione dimensione variabile migliorata, migliore previsione intra nello stesso frame, migliore previsione vettore movimento e fusione regione movimento, migliore compensazione movimento filtraggio, e un ulteriore passo di filtraggio chiamato adaptive sample offset filtering.

Per analisi più approfondita del tema e metodo compressione e codifica, riferirsi a questo link.

Il primo assaggio del codec HEVC viene dal 2012 quando Qualcomm, durante MWC, mostrò un tablet con SoC Snapdragon S4 dual core in grado di riprodurre lo stesso video codificato in H.264 e H.265 affiancati. Il video in HEVC mostrava già 50% riduzione bitrate alla stessa qualità.

Il 2014 vide la prima introduzione del codec su dispositivi mobile consumer grazie ad Apple che usò lo standard per videochiamate FaceTime su rete dati via iPhone 6 e 6 Plus.

Il primo SoC mobile con hardware dedicato specifico per decoding HEVC arrivò nel 2015 da Nvidia che usò un decoder su Tegra X1 simile a quello inserito pochi mesi prima nelle schede video GeForce serie 900.

Dove troviamo questi formati?

File HEIF e HEVC si trovano su alcuni dei dispositivi più moderni. Per esempio, Apple ha introdotto supporto per questo tipo di file su iOS 11, così puoi catturare foto e registrare video in formati alta efficienza su iPhone 7 e successivi (riproduzione supportata fino a iPhone 5S ma con limitazioni). Ovviamente, alcuni iPad con iOS 11 e Mac aggiornati a macOS High Sierra possono riprodurre questi file.

Apple usa estensione .heic (.heics per sequenze immagini) per immagini, ma supporta riproduzione file .heifs (.heifs per sequenze) prodotti da terze parti. Video registrati sono salvati da dispositivi Apple in formato .mov come video normali ma sono comunque codificati usando codec HEVC/H.265.

Nel mondo Android, il supporto ufficiale per questi formati è arrivato in momenti diversi: HEVC è supportato da Android Lollipop mentre HEIF è stato introdotto solo recentemente con Android P (disponibile in prima Developer Preview) anche se l'app Google Pixel Camera di prima o seconda generazione non ha ancora l'opzione per il loro uso.

Samsung permette di registrare file video codificati HEVC sui nuovi Galaxy S9 e S9+ anche se non ha formato HEIF per salvare foto. Sembra che Xiaomi Mi MIX 2S avrà anche codec HEVC per video.

Contenitori HEIF possono anche essere usati su pagine web secondo standard HTML 5.2 per memorizzare diverse versioni della stessa foto e lasciare al browser il compito di decidere quale caricare e usare secondo situazioni diverse.

Perché usare HEIF e HEVC?

La ragione principale per cui dovremmo incoraggiarci a usare questi nuovi formati file immagine e video è perché sono più efficienti. Come sappiamo, sugli smartphone lo spazio disponibile non è mai abbastanza e grazie a questi formati è possibile memorizzare lo stesso numero di file alla stessa qualità ma in meno spazio o lo stesso numero di file in qualità superiore ma occupando la stessa memoria.

Secondo lo standard HEIF, è possibile salvare il doppio delle informazioni in questi file rispetto a un file JPG della stessa dimensione e anche a qualità superiore. Dire che il risultato è impressionante è un eufemismo.

Inoltre, file HEIF/HEIC (e tutti i derivati) possono contenere informazioni su trasformazioni immagine sorgente senza alterare l'originale. Questo ti permette di editare foto su un dispositivo, salvare il risultato e poter annullare o fare ulteriori modifiche dopo e su un dispositivo diverso senza intaccare la qualità dell'immagine originale.

Per esempio, su un file JPG non è possibile invertire il processo di editing dopo e la qualità immagine peggiora a ogni salvataggio per il continuo passaggio attraverso l'algoritmo compressione JPG.

La stessa efficienza vale per video codificati con HEVC (H.265): questo codec video offre il doppio della compressione allo stesso livello di qualità di un file AVC (H.264) o un aumento sostanziale di qualità allo stesso bitrate. L'uso pratico dei miglioramenti richiede più potenza durante codifica e compressione ma molta meno potenza computazionale durante decompressione e riproduzione.

Capirai che ogni megabyte è vitale su smartphone con 32GB memoria interna o meno e questi nuovi formati promettono di fare molte più foto e registrare molti più video prima di esaurire lo spazio.

Usi già HEVC o HEIF? Cosa ne pensi di questi formati?