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《数据万象带你玩转视图场景》第一期：avif图片压缩详解

来源：博客园

前言


(相关资料图)

随着硬件的发展，不管是手机还是专业摄像设备拍出的图片随便可能就有几M，甚至几十M，并且现在我们处于随处可及的信息海洋里，海量的图片带来了存储问题、带宽问题、加载时延问题等等。对图片信息进行有效的压缩处理无疑会极大的降低存储成本、流量压力，并且还能显著提升页面加载速度。

图片压缩指在图片质量保持不变的情况，尽可能的减小图片大小，以达到节省图片存储空间、减少图片访问流量、提升图片访问速度的效果。数据万象（Cloud Infinite，CI） 产品推出了 AVIF 压缩功能，可将图片转换为 avif 格式，avif 是基于 av1 的一种全新图片格式，在2020年2月由 Netflix 首次公布于众，目前已支持 Chrome、Firefox 等浏览器。

** AVIF技术原理**

AVIF（AV1 image format）压缩格式，是采用 AV1 帧内编码的一种图像编码格式，是目前最新的图片压缩格式。AV1 是由开放媒体联盟（AOMedia）的成员共同推动研发的一个标准。而 AVIF 则是基于 AV1 编码产生的具有更高压缩能力、保留更佳画面细节的图形压缩格式，相比于其他格式，其帧内编码具有非常多的改进优化：

更灵活的编码树划分：引入更大的编码/变换块单元，编码单元尺寸可达128x128，划分方式更加灵活，多达10种。

更精细的帧内预测模式：56种角度模式，intra copy 调色板模式、帧内预测滤波CFL等使得帧内预测更为精确。

更先进的滤波技术：基于方向约束的增强滤波（CDEF），环路复原滤波(restoration)等有效改善了图像质量。

** TXAV1图片编码器**

数据万象所使用的 AVIF 压缩能力，底层编解码所使用的是腾讯自研的 AV1 编解码器——TXAV1 编码器。在2021年MSU比赛中，关于 AV1 的比赛指标，TXAV1 参加了29项，取得了28项领先，获得综合最佳。

腾讯作为AOM联盟的成员之一，一直致力于技术研发上的深耕，TXAV1 中包含了很多腾讯自研技术：

1、核心数据架构设计AVIF的划分模式非常复杂，可能性非常多。为了更好的获取数据、减少重复计算和数据的拷贝，设计了一套以treeNode(方便获取节点属性信息， 避免重复计算)，IdenticalCU(利用相同Cu计算结果，减少计算量)，和SwapBuffer（通过内存交替使用，减少拷贝和重算）为核心的数据架构。在算法和输出码流不变的情况下，为AVIF编码提速20%以上。

2、帧内快速CU，TU决策算法设计

以周边块的信息，包括划分尝试，划分模式，失真代价等，提前决策当前块是否继续划分。以当前块的CU/TU或子CU/TU的信息为参考， 提前终止当前划分。3、帧内模式算法设计

采用多级帧内预测算法，通过简单估算，初步筛选出几个重要候选，然后做完整变换，再根据模式和代价补做角度和滤波，大幅加速帧内编码效率。

4、滤波快速算法AV1中deblock，cdef，restoration等滤波耗时很高，通过对图像内容及参考图像的滤波使用情况分析，对当前帧的滤波进行搜索范围的缩小或跳过处理， 从而大帧提前滤波的处理速度。

5、编码后处理滤波按行并行处理在图片上可以提速50%。AV1的后处理滤波包括deblock，cdef，restoration等，deblock和cdef滤波的参数导出过程均依赖整帧的数据，这与HEVC标准中的基于块导出参数的过程有很大不同，不利于按行级并行处理；在TXAV1针对图片的优化中实现了基于部分图像进行参数导出，并针对图片优化了参数导出算法。

6、编码intra block copy优化，提速240%intra block copy对一些游戏或者文字较多的图片收益很大，但intra block copy在搜索最优匹配块的过程中通常使用hash搜索，而对图片生成hash的过程耗时很长。因此在TXAV1的优化中，使用了网格运动搜索算法替换原有的hash搜索，并针对图片优化了网格搜索算法，最终优化后相对原有算法提速240%，压缩性能仅损失2.9%。在大幅加速的同时，保留了intra block copy大部分性能。

** 数据万象产出的AVIF图片效果对比**

1、AVIF 图片视觉对比以下面一张图作为例子说明 AVIF 图片的优势，保持图片分辨率不变，将图片分别转成 JPG，WebP，AVIF 格式。

从上面四张图可以看到，在经过压缩后，图片原有尺寸均不变的情况下，JPG格式的图片画质相对较差，房屋后面的云层变成大片的明显的色块色条；webp虽然没有出现色块，但整体颜色和原图相比有明显失真；avif格式的图形显示依旧平滑，体积也很小，效果明显优于JPG和WEBP。此时的AVIF相比无损PNG有约42倍的压缩性能,仍保留了原图数据的大部分细节，堪称完美。说明了avif有着更高的压缩效率，很好的保真效果。

2、AVIF 图片质量数据对比通过大量图片样本测试，不同的压缩质量比较图片压缩前后的文件大小、 PSNR、SSIM，将 AVIF 与最为常见的图片格式 JPG、WebP 、PNG 进行了对比，从以下的实测数据可以看出，AVIF 在压缩方面具有绝对的优势。

AVIF 图片相对 WebP 图片大小平均减小30%多，相对 JPG 图片大小平均减小50%多，相对 PNG 图片平均减少90%左右。

3、AVIF 图片编解码速度对比通过样本测试比较得到解码时间平均耗时只有某竞品AVIF解码器的58.83%，编码平均耗时只有竞品的63.76%，性能相对竞品在耗时方面优势明显。

** 数据万象AVIF图片压缩的使用方法**

1、通过数据万象接口使用AVIF 图片压缩可通过数据万象图片处理的 imageMogr2 参数进行使用。

该参数支持以下的处理方式：下载时处理、上传时处理、云上数据处理。

使用前提条件需要先开通数据万象图片高级压缩功能，您需要在已绑定数据万象服务的存储桶中，开启图片高级压缩功能。

操作指引a. 登录对象存储控制台，选择指定存储桶，然后选择界面左边红框内“数据处理”，再选择“图片处理”，然后点击编辑，开通后保存即可。

b. 选择该存储桶的一张图片，复制图片链接，比如：https://XXXXXXX-1258125638.cos.ap-nanjing.myqcloud.com/1.png

c. 使用基础图片处理中图片格式转换的参数，在图片链接后面拼上参数：https://XXXXXXX-1258125638.cos.ap-nanjing.myqcloud.com/1.png?imageMogr2/format/avif

d. 即可获取 AVIF 格式图片。

2、通过 CDN 的 AVIF 自适应功能使用在使用腾讯云 CDN 进行海量图片分发时，可通过开启图片优化，对符合要求的图片请求，自动进行 webp、guetzli、tpg、avif 格式图片压缩，可有效降低因图片产生的下行流量，降低成本。配置步骤如下：

a. 登录 CDN 控制台，在菜单栏里选择域名管理（右侧红框），单击域名右侧管理（左下角红框），即可进入指定域名配置页面。

b. 源站为 COS 对象存储时，可看到图片优化菜单栏，将 AVIF 自适应打开，点击确认之后即可。

c. 开启了 AVIF 自适应图片压缩功能后，满足以下条件的请求，将直接返回 AVIF 处理后的图片：

HTTP 请求头中 accept 头部包含 image/avif。图片后缀为：jpg、png、bmp、gif。

【具体详情及收费细节请参考】：https://cloud.tencent.com/document/product/228/43121

** 总结**

与传统的压缩格式相比，AVIF 在解决了图片保存、传播、下载过程中的成本和效率问题的同时，还可以在保证更高压缩性能的基础上保留更多的图像细节、支持更多的图片种类、传递更多的图片信息，大大提升用户体验。

赶快来使用腾讯云吧，将图片存储在腾讯云 COS，通过数据万象将业务图片轻松转为 AVIF，让您成为 AVIF 的最先受益者！

关键词： 压缩格式 帧内编码 压缩性能