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HEIF e HEVC rappresentano il futuro dei file multimediali

JPG e MP4 sono i formati foto e video che ci hanno accompagnato per anni non solo su smartphone e tablet ma anche su PC. Sembra che questi tipi di file siano ormai pronti alla pensione e stiano per essere rimpiazzati da HEIF e HEVC. Ma cosa rappresentano queste sigle e come possono migliorare l'utilizzo dei nostri dispositivi?

Scorciatoie

Cosa sono HEIF e HEVC?

Prima di tutto occorre diversificare i due termini:

  • HEIF: si tratta di un formato di file immagini sotto forma di contenitore che incorpora altri dati importanti.
  • HEVC: si tratta di uno standard di compressione ad alta efficienza utilizzato solitamente per i video e anche chiamato H.265.

Il primo termine si riferisce ad un contenitore digitale in cui possono essere immagazzinate foto ed altri dati relativi con estensioni diverse come ad esempio JPG, ma non solo. Il secondo termine si riferisce ad un sistema di codifica dei video il cui risultato può essere immagazzinato in contenitori digitali diversi come per esempio MOV o addirittura HEIF, citato in precedenza. Confusi? Facciamo chiarezza.

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Questo diagramma spiega alla perfezione la differenza tra i due termini. / © Addpipe

HEIF

Acronimo di High Efficiency Image File Format, è un formato utilizzato per contenere immagini singole o multiple. I file che utilizzano questo formato possono ospitare allo stesso tempo immagini ad alta qualità compresse con il codec HEVC (di cui parleremo in seguito) ed ulteriori informazioni relative a tali immagini anche di tipo diverso.

HEIF può contenere in maniera efficiente alcune trasformazioni delle immagini come per esempio:

  • Rotazione dell'immagine tramite rotazione di 90, 180 o 270 gradi.
  • Ritaglio dell'immagine dato un determinato rettangolo.
  • Sovrapposizione di un numero qualsiasi di immagini in ingresso nell'ordine e nelle posizioni indicate sull'area di disegno dell'immagine sorgente.

Queste operazioni vengono salvate all'interno del contenitore sotto forma di istruzioni da eseguire da parte del riproduttore di immagini. In questo modo l'immagine originale non viene modificata (si preserva lo scatto, non viene sovrascritto con le modifiche) né compressa nuovamente al termine dell'operazione evitando perdita di qualità.

L'HEIF introduce poi 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.

In questo particolare contenitore HEIF possono trovarsi dunque i seguenti tipi di dati:

  • Immagini: individuali con relative proprietà e anteprime.
  • Immagini derivate: questo tipo di editing non distruttivo permette al software di visualizzazione delle immagini di applicare un set di istruzioni "al volo" senza distruggere l'immagine d'origine come descritto poco sopra.
  • Sequenze di immagini: più immagini che condividono alcune proprietà come il tempo di scatto ravvicinato, le loro proprietà e le anteprime. Questo formato viene utilizzato soprattutto per foto a raffica o animazioni cinemagraph.
  • Oggetti immagine ausiliari: questi dati non sono visibili direttamente visualizzando il file e possono rappresentare piani alpha o mappe di profondità.
  • Metadata: informazioni aggiuntive come dati EXIF, XMP o simili.

Alcuni esempi possibili di utilizzo dei contenitori HEIF:

  • Un file immagine ad alta qualità e un'anteprima della stessa in formato JPG di qualità minore.
  • Più file immagine per raffiche di foto in modo da immagazzinarle tutte nello stesso pacchetto.
  • Più file immagine con diverse lunghezze focali.
  • Più file immagine con diverse esposizioni.
  • Un file immagine ed un video catturato nello stesso momento (leggasi Motion Photos dei Google Pixel 2 e Live Photos di iOS).

HEVC

Anche noto come H.265, è il successore dell'ormai universalmente usato AVC/H.264. Si tratta di uno standard per la compressione ad alta efficienza in grado di supportare risoluzioni fino a 8192x4320 e 8K UHD. HEVC è stato progettato con lo scopo di ridurre il bitrate nei video mantenendo la stessa qualità al costo di una maggiore complessità computazionale. Questo codec è utilizzato anche per comprimere le immagini all'interno dei contenitori HEIF descritti poco sopra.

Come già accade nel codec H.264, HEVC controlla i frame del flusso di immagini alla ricerca di aree in cui sono ridondanti sia all'interno della stessa immagine, sia all'interno di frame consecutivi. Queste aree ridondanti vengono poi sostituite da una descrizione dell'area stessa al posto dei singoli pixel in modo da occupare uno spazio minore nella memoria.

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Un codec più efficiente aiuta a consumare meno connessione. / © Sdmctech

Le modifiche principali per HEVC includono l'espansione delle aree di confronto del modello e di codifica delle differenze da 16×16 pixel fino a 64×64 pixel, miglioramento della segmentazione a dimensione variabile, migliore "intra" previsione all'interno della stessa immagine, migliore previsione vettoriale del movimento e fusione delle regioni di movimento, migliore filtraggio della compensazione del movimento e un ulteriore passo di filtraggio chiamato filtraggio offset adattativo a campione.

Per un'analisi più approfondita dell'argomento e del metodo di compressione e codifica vi rimando a questo link.

Il primo assaggio del codec HEVC arriva dal lontano 2012 quando Qualcomm, durante l'MWC, ha mostrato un tablet dotato di SoC Snapdragon S4 dual core in grado di riprodurre lo stesso video codificato in H.264 e H.265 fianco a fianco. Il video in HEVC mostrava già il 50% di riduzione del bitrate a parità di qualità.

Solo nel 2014 abbiamo la prima introduzione del codec sui dispositivi mobili consumer grazie a Apple che ha utilizzato lo standard per le videochiamate FaceTime su rete dati tramite iPhone 6 e iPhone 6 Plus.

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Ecco uno screenshot della demo di Qualcomm del 2012. / © Cnet

Il primo SoC per dispositivi mobili dotato di hardware specifico dedicato alla decodifica di HEVC è arrivato nel 2015 da parte di Nvidia che ha utilizzato sul suo Tegra X1 un decoder simile a quello inserito qualche mese prima nelle sue schede video della serie GeForce 900.

Dove possiamo trovare questi formati?

I file HEIF e HEVC possono essere trovati su alcuni dei dispositivi più moderni. Per esempio Apple ha introdotto il supporto a questo tipo di file su iOS 11 ed è dunque possibile catturare foto e registrare video in formati ad alta efficienza su iPhone 7 e successivi (il playback è supportato fino ad iPhone 5S ma con delle limitazioni). Ovviamente di conseguenza anche alcuni iPad con iOS 11 e i Mac aggiornati a MacOS High Sierra possono riprodurre tali file.

Apple utilizza per le immagini l'estensione .heic (.heics in caso di sequenze di immagini) ma supporta la riproduzione dei file .heif (.heifs in caso di sequenza di immagini) prodotti da terzi. I video registrati vengono salvati dai dispositivi della casa californiana in formato .mov come i normali video ma vengono comunque codificati utilizzando il codec HEVC/H.265.

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Galaxy S9 e iPhone X supportano entrambi HEVC ma solo il secondo utilizza HEIF. / © AndroidPIT by Irina Efremova

Nel mondo Android il supporto ufficiale a questi formati è arrivato in momenti diversi: HEVC è supportano fin da Android Lollipop mentre HEIF è stato introdotto solo recentemente con Android P (disponibile in una prima Developer Preview) anche se l'applicazione Fotocamera dei Google Pixel di prima o seconda generazione ancora non dispone dell'opzione relativa al loro utilizzo.

Samsung permette di registrare file video codificati con HEVC sui suoi nuovi Galaxy S9 e S9+ anche se non dispone del formato HEIF per il salvataggio delle foto. Sembra che anche Xiaomi Mi MIX 2S disporrà del codec HEVC per i video.

I contenitori HEIF possono essere utilizzati anche su delle pagine web secondo lo standard HTML 5.2 in modo da immagazzinare diverse versioni della stessa foto e lasciare al browser il compito di decidere quale caricare ed utilizzare in base alle diverse situazioni.

Perché utilizzare HEIF e HEVC?

Il motivo principale che ci dovrebbe incoraggiare ad utilizzare questi nuovi formati di file immagine e video è la maggiore efficienza. Come sappiamo sugli smartphone lo spazio disponibile non è mai abbastanza e grazie a questi formati è possibile immagazzinare lo stesso numero di file alla stessa qualità ma in minore spazio oppure lo stesso numero di file in qualità più alta ma occupando la stessa quantità di memoria.

Secondo chi ha definito lo standard HEIF è possibile salvare all'interno di questi file il doppio di informazioni rispetto ad un file JPG della stessa dimensione e perfino in una qualità maggiore. Dire che il risultato è impressionante è poco.

In più i file HEIF/HEIC (e tutti i derivati) possono contenere informazioni riguardo trasformazioni dell'immagine sorgente senza alterare l'originale. Questo permette di poter modificare le proprie foto su un dispositivo, salvare il risultato e poter annullare le modifiche o farne di ulteriori in un secondo momento e su un dispositivo diverso senza intaccare la qualità dell'immagine d'origine.

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Più memoria fa piacere, ma utilizzare in maniera più efficiente la memoria è meglio! / © Samsung

Per fare un esempio su un file JPG non è possibile invertire il processo di modifica in un secondo momento e la qualità dell'immagine deteriora ad ogni salvataggio a causa dei continui passaggi attraverso l'algoritmo di compressione JPG per l'appunto.

Lo stesso discorso di efficienza vale per i video codificati con HEVC (H.265): questo codec video è in grado di offrire il doppio della compressione allo stesso livello di qualità di un file codificato AVC (H.264) oppure un sostanziale aumento di qualità a parità di bitrate. L'utilizzo pratico delle migliorie introdotte richiede più potenza in fase di codifica e compressione ma molta meno potenza di calcolo in fase di decompressione e riproduzione.

Capirete anche voi che ogni megabyte è vitale sugli smartphone che dispongono di 32GB di memoria interna o meno e questi nuovi formati promettono di farvi scattare molte più foto e registrare molti più video prima di esaurire lo spazio a vostra disposizione.

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