音视频编解码WebP格式

WebP 是一种由 Google 开发的图像格式，旨在提供比传统 PNG 和 JPEG 格式更高效的压缩算法。它可以在保持很好的视觉质量的同时减小文件大小，从而加快图像加载速度并降低带宽成本。

相较于 PNG 和 JPEG 格式，WebP 具有以下特点：

更高的压缩率：WebP 使用了先进的压缩算法，可以将文件大小减少 25% 至 34%，同时保持与原始图像相同的视觉质量。
更快的加载速度：由于文件大小更小，因此加载速度更快，可以提高用户体验。
支持透明度：WebP 支持 alpha 通道，使其能够处理透明度和半透明效果。
更广泛的浏览器支持：现代浏览器几乎都支持 WebP 格式，如 Chrome、Firefox、Edge 等。

虽然 WebP 的优点显而易见，但仍存在一些限制，例如：

兼容性问题：某些老版本的浏览器不支持 WebP 格式，这可能会导致一些用户无法查看图像。
编辑：WebP 目前并没有像 Photoshop 那样完善的编辑工具支持。
可移植性问题：一些应用程序和设备可能不支持 WebP 格式。

WebP发展历程

WebP 是由 Google 公司发起的一个图像压缩格式项目，其发展历程如下：

WebP特点

WebP 是在移动互联网时代产生的一种图像压缩格式。由于移动设备的普及，越来越多的用户开始使用手机和平板电脑浏览网页，而这些设备通常具有较小的屏幕和较慢的网络连接速度。为了提高网站性能和用户体验，需要采用更高效的图像压缩算法。

WebP 正是为了满足这个需求而产生的一个图像压缩格式项目，旨在提供比传统 PNG 和 JPEG 格式更高效的压缩算法。其能够在保持很好的视觉质量的同时减小文件大小，从而加快图像加载速度并降低带宽成本，特别适合在移动设备上显示。

图片文件大小过大：传统的图片格式（如 JPEG 和 PNG）在保证图像质量的前提下，文件大小较大，这会导致图片加载速度变慢，网站性能也受到一定影响。WebP 使用了先进的压缩算法，可以将文件大小减少 25% 至 34%，从而提高了图片加载速度和网站性能。
移动设备访问速度慢：对于移动设备用户来说，网速通常比桌面用户更慢，因此他们需要等待更长的时间才能查看页面中的图片。WebP 压缩后的文件大小更小，移动设备可以更快地获取并显示这些图像。
网站带宽成本高：如果一个网站有很多图片，那么这些图片的传输所占用的带宽是相当大的。WebP 可以将文件大小降低，从而减少网站的带宽成本。
动态效果展示不方便：传统的 GIF 格式虽然支持动态效果，但其文件大小较大，且只支持调色板的颜色数目较少，不能很好地呈现真实的颜色。WebP 支持对多个帧的压缩和处理，可以将多帧图像压缩成一个 WebP 动画文件，从而解决了这个问题。

webp核心技术

WebP 是一种基于 VP8 视频编码技术的图像格式，编码框架如下：

其核心步骤如下：

（1）预处理：在开始压缩之前，WebP 图像首先经过预处理阶段。这包括噪音消除、去块等图像优化步骤，以改善编码效率。

（2）色彩转换：输入图像从 RGB 转换为 YUV 色彩空间。YUV 色彩模型将颜色信息分为亮度（Y）、色度（U）和饱和度（V）分量，有助于更高效地压缩图像。

（3）块预测：WebP 利用块预测来减少冗余数据。对于无损编码，它使用像素值之间的差异进行编码；对于有损编码，它使用VP8块预测编码方法来估计当前块中每个像素的值。

（4）变换编码：在有损编码情况下，WebP 使用 DCT（离散余弦变换）对图像块进行频域转换。这有助于聚集图像中的低频信息，并允许有效地量化和压缩高频部分。

（5）量化：量化进一步压缩图像数据。在WebP有损编码中采用块编码模式，对于低熵段，减少位；对于高熵段，采用高位，以减少数据大小。这将导致一些图像细节的损失，但可以显著降低文件大小。

（6）熵编码：压缩后的数据经过算术熵编码，以便更高效地存储和传输。这一步通过消除数据中的冗余信息进一步减小文件大小。

（7）封装：最后，WebP 会将所有压缩数据打包成一个容器格式（Riff 容器），生成最终的 WebP 图像文件。

WebP开源库

Libwebp 是一个开源的图片压缩和格式转换库，用于处理图像数据。它使用了 Google 所开发的 WebP 图像格式，可以让你创建、读取和写入这种类型的图片文件。

libwebp 库提供了 C 和 C++ 接口，可以集成到各种编程语言中。它不仅支持 WebP 格式的图片读写，还支持将其他格式的图片转换为 WebP 格式。此外，libwebp 还提供了一些高级功能，如动态图像编解码、透明度支持等。

参考文献中有非常详尽的文档说明和API说明，可以帮助大家更深入的理解WebP格式。例如编码接口：

size_t WebPEncodeRGB(const uint8_t* rgb, int width, int height, int stride, float quality_factor, uint8_t** output);
size_t WebPEncodeBGR(const uint8_t* bgr, int width, int height, int stride, float quality_factor, uint8_t** output);
size_t WebPEncodeRGBA(const uint8_t* rgba, int width, int height, int stride, float quality_factor, uint8_t** output);
size_t WebPEncodeBGRA(const uint8_t* bgra, int width, int height, int stride, float quality_factor, uint8_t** output);

解码接口：

uint8_t* WebPDecodeRGBA(const uint8_t* data, size_t data_size, int* width, int* height);
uint8_t* WebPDecodeARGB(const uint8_t* data, size_t data_size, int* width, int* height);
uint8_t* WebPDecodeBGRA(const uint8_t* data, size_t data_size, int* width, int* height);
uint8_t* WebPDecodeRGB(const uint8_t* data, size_t data_size, int* width, int* height);
uint8_t* WebPDecodeBGR(const uint8_t* data, size_t data_size, int* width, int* height);

参考文献

https://developers.google.com/speed/webp?hl=zh-cn

https://developers.google.com/speed/webp/docs/api?hl=zh-cn

以上是本文的基本内容，希望对有需要的小伙伴有所帮助。

作者：MediaStack。我是一枚爱跑步的程序猿，维护公众号和知乎专栏《MediaStack》，有兴趣可以关注，一起学习音视频知识，时不时分享实战经验。