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【iOS】HEIF(HEIC)をさらっとおさらい

HEIFとは?

「High Efficiency Image File Format」の略で
MPEGによって2013年に開発され
H.265/MPEG-H HEVCで利用されるフォーマットとして
標準化されています。

HEIF
https://ja.wikipedia.org/wiki/High_Efficiency_Image_File_Format

MPEG
https://ja.wikipedia.org/wiki/Moving_Picture_Experts_Group

HEVCは動画圧縮規格の一つです。
https://ja.wikipedia.org/wiki/H.265

スマートフォンなどのカメラの性能が向上してきている中で
画像や動画のサイズもどんどん大きくなり
保存するストレージを確保することも
それに合わせてどんどん難しくなってきました。

そんな中でストレージを節約できるフォーマットとして
HEIFは登場してきました。

HEVCそのものは
iOS9のときからFaceTimeでサポートされていましたが
iOS11でAVFoundationやCore Imageといったフレームワークで
HEIFがサポートされることにより
「カメラ」や「写真」など画像系アプリで
HEVCにより圧縮された静止画/動画を扱えるようになりました。

iOSのバージョンによる制約もありますが
HEVCのエンコード/デコードには高い処理能力が求められるため
iPhone7/7s以降でないと全機能を利用できません。

.heif.heicという拡張子で
HEIFを利用します。

HEIFのメリット

容量の削減

高画質のままで画像の容量が軽く
JPEGの半分くらいの容量に抑えられます。

画像以外の情報の保存

JPEGのように一枚の画像を保存するだけではなく

  • Live Photoのようなイメージシーケンス
  • 深度やHDRデータなどの付加情報
  • 位置やカメラなどのメタデータ

なども保存ができます。

画像編集機能

画像の向きやトリミングといった機能を基本として備えており
編集指示を画像と同じファイルに保存しておくことで
編集履歴から画像を元に戻すなどの操作も可能になります。

イメージシーケンス
https://jp.mathworks.com/help/images/what-is-an-image-sequence.html

HEIFのデメリット

エンコード/デコード処理に時間がかかる

一方でHEIFの処理には
JPEGより時間がかかります。

HEICとJPEGを比較する

まだiPhone 6sはiOS13にバージョンアップできるものの
HEIFの全機能を利用可能になるデバイスを使用するユーザが大半になると考えられ
会社の方針としても
アプリは最新バージョンの2つ前のiOS11以降をサポート対象とするため
このタイミング(iOS13正式リリース時点)で
HEIFについて改めて見てみました。

今回は下記のような画面を使って
HEICとJPEG画像生成時の
処理時間やサイズを比較してみました。

Simulator Screen Shot - iPhone 11 Pro Max - 2019-10-05 at 12.02.31.png

画像を選択するとHEICとJPEGの画像を作成し
圧縮する時間と画像サイズを出力するだけの簡単なものです。

(補足)HEICデータの作成方法

HEICの生成するには
AVFoundationを利用します。

enum HEICError: Error {
    case heicNotSupported
    case cgImageMissing
    case couldNotFinalize
}

extension UIImage {
    func heicData(compressionQuality: CGFloat) throws -> Data {
        let data = NSMutableData()
        guard let imageDestination =
            CGImageDestinationCreateWithData(
                data, AVFileType.heic as CFString, 1, nil
            ) else {
                throw HEICError.heicNotSupported
        }

        guard let cgImage = self.cgImage else {
            throw HEICError.cgImageMissing
        }

        let options: NSDictionary = [
            kCGImageDestinationLossyCompressionQuality: compressionQuality
        ]

        CGImageDestinationAddImage(imageDestination, cgImage, options)
        guard CGImageDestinationFinalize(imageDestination) else {
            throw HEICError.couldNotFinalize
        }
        return data as Data
    }
}

CGImageDestinationCreateWithDataの引数に
AVType.heicを指定することでHEICのデータを生成することができます。

比較結果

まず圧縮しない状態の結果です。

Simulator Screen Shot - iPhone 11 Pro Max - 2019-10-05 at 12.26.30.png

圧縮をしない状態だと
容量もHEICの方が大きくなってしまいました。

いくつかの画像で試しましたが
全て同じ結果でした。
これは圧縮しないため
内部で処理が行われていないのかなと思っています🤔

もしご存知の方いらっしゃいましたら
教えていただけるとうれしいです🙇🏻‍♂️

少しだけ圧縮すると逆転します。
半分とまではいきませんが容量は減りました。

Simulator Screen Shot - iPhone 11 Pro Max - 2019-10-05 at 12.27.42.png

半分くらいに圧縮してみると
さらに容量に差が出てきました。

Simulator Screen Shot - iPhone 11 Pro Max - 2019-10-05 at 12.26.44.png

20%くらいに圧縮してみるとさらに容量に差が出てきました。

Simulator Screen Shot - iPhone 11 Pro Max - 2019-10-05 at 12.27.26.png

まとめ

今回見てきたことから

  • 圧縮しないと容量は小さくならない
  • 圧縮すればするほどJPEGとの容量の差は大きくなる

という結果になりました。

最大で半分くらいに削減されるという話でしたが
今回のケースではそこまでの削減は見られませんでした。
もしかしたらもっと容量が大きいものでしたら
より差が大きく出るのかもしれません。

HEIFのメリットは容量の削減もそうですが
画像編集や画像以外の情報も一緒に保存できるなど
より幅広い用途で使用しやすくなっています。

今後は間違いなく使用する頻度が高くなるであろう
HEIFの特徴や使い方を学び
これからの開発に備えていきたいですね😃

何か間違いなどございましたら
教えていただけるとうれしいです🙇🏻‍♂️

使用したコード

最後に今回使用したコードを下記に記載します。

※ エラー処理などは省略しています

ImagePicker

final class ImagePickerData: ObservableObject {
    var image: UIImage?
    var extensionName: String
    init(image: UIImage?, extensionName: String) {
        self.image = image
        self.extensionName = extensionName
    }
}

struct ImagePicker: UIViewControllerRepresentable {
    @Binding var isShown: Bool
    @Binding var data: ImagePickerData

    class Coordinator: NSObject, UINavigationControllerDelegate, UIImagePickerControllerDelegate {
        @Binding var isShown: Bool
        @Binding var data: ImagePickerData
        init(isShown: Binding<Bool>,
             data: Binding<ImagePickerData>) {
            _isShown = isShown
            _data = data
        }

        func imagePickerController(_ picker: UIImagePickerController, didFinishPickingMediaWithInfo info: [UIImagePickerController.InfoKey : Any]) {
            let uiImage = info[.originalImage] as! UIImage
            let imageURL = info[.imageURL] as! URL
            data.image = uiImage
            data.extensionName = imageURL.pathExtension
            isShown = false
        }

        func imagePickerControllerDidCancel(_ picker: UIImagePickerController) {
            isShown = false
        }
    }

    func makeCoordinator() -> ImagePicker.Coordinator {
        return Coordinator(isShown: $isShown, data: $data)
    }

    func makeUIViewController(context: UIViewControllerRepresentableContext<ImagePicker>) -> UIImagePickerController {
        let picker = UIImagePickerController()
        picker.delegate = context.coordinator
        return picker
    }

    func updateUIViewController(_ uiViewController: UIImagePickerController, context: UIViewControllerRepresentableContext<ImagePicker>) {
    }
}

ImageCompressor

import AVFoundation
import UIKit

enum HEICError: Error {
    case heicNotSupported
    case cgImageMissing
    case couldNotFinalize
}

extension UIImage {
    func heicData(compressionQuality: CGFloat) throws -> Data {
        let data = NSMutableData()
        guard let imageDestination =
            CGImageDestinationCreateWithData(
                data, AVFileType.heic as CFString, 1, nil
            )
            else {
                throw HEICError.heicNotSupported
        }

        guard let cgImage = self.cgImage else {
            throw HEICError.cgImageMissing
        }

        let options: NSDictionary = [
            kCGImageDestinationLossyCompressionQuality: compressionQuality
        ]

        CGImageDestinationAddImage(imageDestination, cgImage, options)
        guard CGImageDestinationFinalize(imageDestination) else {
            throw HEICError.couldNotFinalize
        }
        return data as Data
    }
}

extension Data {
    var prettySize: String {
        let formatter = ByteCountFormatter()
        formatter.countStyle = .binary
        return formatter.string(fromByteCount: Int64(count))
    }
}


struct CompressedResult {
    let data: Data
    let size: String
    let elapsedTime: String?
}

final class ImageCompressor {
    private let numberFormatter: NumberFormatter = {
        let formatter = NumberFormatter()
        formatter.maximumSignificantDigits = 1
        formatter.maximumFractionDigits = 3
        return formatter
    }()
    private let compressionQueue = OperationQueue()

    func compressJPGImage(_ image: UIImage, quality: CGFloat, completion: @escaping (CompressedResult?) -> Void) {
        let startDate = Date()
        compressionQueue.addOperation {
            guard let data = image.jpegData(compressionQuality: quality) else {
                completion(nil)
                return
            }
            let time = self.elapsedTime(from: startDate)
            DispatchQueue.main.async {
                completion(CompressedResult(data: data, size: data.prettySize, elapsedTime: time))
            }
        }
    }

    func compressHEICImage(_ image: UIImage, quality: CGFloat, completion: @escaping (CompressedResult?) -> Void) {
        let startDate = Date()
        compressionQueue.addOperation {
            do {
                let data = try image.heicData(compressionQuality: quality)
                let time = self.elapsedTime(from: startDate)
                DispatchQueue.main.async {
                    completion(CompressedResult(data: data, size: data.prettySize, elapsedTime: time))
                }
            } catch {
                print("Error creating HEIC data: \(error.localizedDescription)")
                completion(nil)
            }
        }
    }

    private func elapsedTime(from startDate: Date) -> String? {
        let endDate = Date()
        let interval = endDate.timeIntervalSince(startDate)
        let intervalNumber = NSNumber(value: interval)
        return numberFormatter.string(from: intervalNumber)
    }

    func cancel() {
        compressionQueue.cancelAllOperations()
    }
}

ContentView

import SwiftUI

final class ImageViewData: ObservableObject {
    var image: UIImage?
    var extensionName: String
    var elapsedTime: String
    var dataSize: String
    init(image: UIImage? = nil,
         extensionName: String = "-",
         elapsedTime: String = "-",
         dataSize: String = "-") {
        self.image = image
        self.extensionName = extensionName
        self.elapsedTime = elapsedTime
        self.dataSize = dataSize
    }
}

struct ContentView: View {
    @State var isShown = false
    @State var quality: CGFloat = 1
    @State var selectedData: ImagePickerData = ImagePickerData(image: nil, extensionName: "")
    @State var originalImageData = ImageViewData()
    @State var heicImageData = ImageViewData(extensionName: "HEIC")

    private var compressor = ImageCompressor()
    private var formattedQuality: String {
        let rounded = round(quality*10)/10
        return String(rounded.description.prefix(3))
    }

    var body: some View {
        VStack(alignment: HorizontalAlignment.center, spacing: 24) {
            Text("写真を選択してください")
            Button(action: {
                self.isShown = true
            }) { Text("画像を選択") }
            HStack(alignment: VerticalAlignment.center, spacing: 24) {
                VStack(alignment: HorizontalAlignment.center, spacing: 12) {
                    Text("Original")
                    ImageView(data: $originalImageData, quality: $quality)
                }
                VStack(alignment: HorizontalAlignment.center, spacing: 12) {
                    Text("HEIC")
                    ImageView(data: $heicImageData, quality: $quality)
                }
            }
            .padding()
            Slider(value: $quality)
                .padding()
            Text("Compression Quality: \(formattedQuality)")
            Button(action: { self.compress() }) { Text("圧縮する") }
        }
        .sheet(isPresented: $isShown, onDismiss: {
            self.isShown = false
            self.compress()
        }, content: {
            ImagePicker(isShown: self.$isShown,
                        data: self.$selectedData)
        })
    }

    private func compress() {
        guard let image = self.selectedData.image else {
            return
        }
        self.compressor.cancel()
        self.compressor.compressJPGImage(image, quality: self.quality) {
            if let result = $0 {
                self.originalImageData = ImageViewData(
                    image: UIImage(data: result.data),
                    extensionName: self.selectedData.extensionName,
                    elapsedTime: result.elapsedTime ?? "",
                    dataSize: result.size)
            } else {
                self.originalImageData = ImageViewData()
            }
        }
        self.compressor.compressHEICImage(image, quality: self.quality) {
                if let result = $0 {
                    self.heicImageData = ImageViewData(
                        image: UIImage(data: result.data),
                        extensionName: "HEIC",
                        elapsedTime: result.elapsedTime ?? "",
                        dataSize: result.size)
                } else {
                    self.heicImageData = ImageViewData()
                }
        }
    }
}

参考資料

https://www.raywenderlich.com/4726843-heic-image-compression-for-ios

shiz
iOSエンジニア 受託開発会社でモバイルアプリからインフラの構築まで行う雑多なエンジニアでしたが、 Swiftへの関心が特に強く、ご縁をいただきiOSエンジニアへと転身。日々勉強中。 開発言語経験: Swift, kotlin, Javascript(Angular, Node.js), C#, PHP, Java
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