Ist AVIF wirklich nur halb so groß wie JPG?

Das oft genannte Verhältnis von grob der Hälfte ist eine Verallgemeinerung und ein Näherungswert; für jedes einzelne Bild gilt es nicht. Der Gewinn hängt stark vom Inhalt ab: Bei Bildern mit einfarbigen Flächen, weichen Verläufen und sich wiederholenden Strukturen fällt der Unterschied sehr deutlich aus. Bei Fotos mit starkem Rauschen, feiner Textur und zufälligen Details schrumpft der Abstand dagegen, denn solche Daten sind für jeden Codec schwer zu komprimieren. Der einzige verlässliche Weg zu einem genauen Ergebnis ist ein Test mit Ihren eigenen Bildern.

Warum komprimiert AVIF besser als JPG?

Der Hauptgrund ist ein Entwicklungsvorsprung von mehr als drei Jahrzehnten. JPG wurde auf die Rechenleistung seiner Zeit zugeschnitten und arbeitet mit einem vergleichsweise einfachen Verfahren, das das Bild in Blöcke fester Größe zerlegt. AVIF beruht dagegen auf der Intra-Frame-Codierung des Videocodecs AV1: Es kann das Bild in Regionen variabler Größe unterteilen, für jede Region zahlreiche Vorhersagestrategien durchprobieren und die günstigste Beschreibung auswählen. Diese Flexibilität kostet mehr Rechenzeit, liefert dafür aber ein wesentlich kompakteres Ergebnis.

Hat diese Effizienz einen Preis?

Ja, gleich zwei. Erstens die Codierdauer: Ein AVIF zu erzeugen dauert spürbar länger, als dasselbe Bild als JPG zu speichern, weil der Encoder einen viel größeren Optionsraum durchsucht. Zweitens, und das wiegt schwerer, die Kompatibilität: AVIF ist ein junges Format, deshalb können ältere Geräte, ältere Betriebssysteme und viele Desktop-Programme es nicht öffnen. Das Decodieren beim Betrachten ist dagegen schnell, dort entsteht kein Problem.

Ergibt es Sinn, ein bereits komprimiertes JPG in AVIF umzuwandeln?

Wenn Sie es im Web ausliefern wollen, ja, denn Sie übertragen dasselbe Bild mit weniger Bandbreite und die Seite wird schneller. Sie sollten Ihre Erwartung aber richtig setzen: Die Details, die JPG bereits verworfen hat, kommen nicht zurück, AVIF verpackt lediglich den Rest effizienter. Wenn Sie außerdem die Qualitätsstufe zu weit absenken, legt sich die eigene Degradation von AVIF über die vorhandenen Artefakte des JPG und das Ergebnis wird sichtbar schlechter. Mit einem vernünftigen Qualitätswert ist dieses Risiko ausgeräumt.

Warum wird die Datei beim Wechsel von JPG zu AVIF kleiner?

Dasselbe Bild, halb so viele Daten

Sie haben ein Foto als JPG gespeichert und danach dasselbe Foto als AVIF. Auf dem Bildschirm sind beide nicht zu unterscheiden, doch die AVIF-Datei ist deutlich kleiner. Wie kommt das?

Die Antwort ist keine Zauberei, sondern über dreißig Jahre gesammelte Ingenieursarbeit. In diesem Beitrag erklären wir, woher die Effizienz von AVIF stammt, in welchen Fällen sie besonders deutlich wird und was Sie im Gegenzug dafür aufgeben.

Was JPG leistet

Verstehen wir zunächst JPG in aller Fairness, denn zu seiner Zeit war es eine außergewöhnliche Leistung.

JPG zerlegt das Bild in kleine Quadrate fester Größe. Die Pixeldaten jedes Quadrats zerlegt es in Frequenzanteile — grob gesagt beantwortet es mathematisch die Frage: "Wie viel weicher Übergang und wie viel scharfes Detail steckt in diesem Quadrat?" Anschließend vergröbert oder verwirft es die hochfrequenten Anteile, die das menschliche Auge nur schwer wahrnimmt.

Hinzu kommt, dass die Farbinformation stärker reduziert wird als die Helligkeitsinformation, denn das Auge reagiert auf Helligkeitsunterschiede weit empfindlicher als auf Farbunterschiede.

Dieser Ansatz funktioniert, und er funktioniert bis heute. Er hat aber zwei grundsätzliche Grenzen: Die Blöcke haben eine feste Größe, und das Werkzeugset des Algorithmus ist recht schmal. Auf den Rechnern der frühen 1990er-Jahre musste er in vertretbarer Zeit durchlaufen.

Was AV1 anders macht

AVIF leitet sich von der Intra-Frame-Codierung eines Videocodecs namens AV1 ab. Intra-Frame-Codierung bedeutet, ein Videobild ohne jeden Blick auf die Nachbarbilder für sich allein zu komprimieren. Ein Foto ist ebenfalls ein einzelnes Bild, folglich lässt sich diese Fähigkeit direkt auf die Bildkompression übertragen.

Gegenüber JPG hat AV1 diese Vorteile:

Unterteilung in variabler Größe. Das Bild muss nicht in feste Quadrate zerlegt werden. Eine gleichmäßige Himmelsfläche lässt sich als eine einzige große Region behandeln, während eine detailreiche Gesichtspartie in viel kleinere Teile zerlegt werden kann. Das heißt: Jeder Bereich bekommt genau so viele Daten, wie er braucht.

Ein weit reicheres Repertoire an Vorhersagen. Der Codec versucht, den Inhalt einer Region aus den Nachbarregionen vorherzusagen, und speichert nur die Differenz zwischen Vorhersage und Wirklichkeit. AV1 verfügt über zahlreiche Vorhersagerichtungen und -verfahren und ermittelt durch Ausprobieren, welches die wenigsten Daten benötigt. Eine Suche in dieser Tiefe kennt JPG nicht.

Modernere Transformation und Entropiecodierung. Auch bei der numerischen Darstellung der verbleibenden Differenz setzt AV1 modernere und effizientere Techniken ein.

Glättungswerkzeuge. Der Codec kann zusätzliche Schritte anwenden, um Blockkanten und Banding aus der Kompression abzumildern. Dadurch wirkt das Bild bei niedrigen Bitraten deutlich weniger "zerfallen" als bei JPG.

Unter dem Strich ergibt sich: Bei gleicher visueller Qualität ist AVIF gegenüber JPG in der Regel deutlich kleiner. Das häufig genannte Verhältnis von grob der Hälfte ist eine Näherung; der tatsächliche Gewinn schwankt je nach Bildinhalt erheblich.

Wovon die Größe des Gewinns abhängt

Der Effizienzunterschied ist nicht bei jedem Bild gleich.

Inhalte mit großem Unterschied: einfarbige Flächen, weiche Verläufe, weite Himmels- oder Wandpartien, sich wiederholende Muster, geringe Detaildichte. Die variable Unterteilung und der Vorhersagemechanismus von AVIF können bei solchen Inhalten mit sehr wenig Daten sehr viel ausdrücken.

Inhalte mit schrumpfendem Unterschied: starkes Rauschen, feine und zufällige Texturen, Fotos mit Filmkorn, sehr hohe Detaildichte. Zufällige Daten sind für jeden Codec schwer zu komprimieren; Zufall lässt sich nun einmal nicht abkürzen.

Deshalb lautet die einzig richtige Antwort auf die Frage "Wie viel gewinne ich mit AVIF?": Testen Sie es mit Ihren eigenen Bildern.

Weitere Fähigkeiten von AVIF, die JPG nicht hat

Größe ist nicht die einzige Dimension des Unterschieds. AVIF unterstützt einiges, was JPG nie transportieren konnte:

Alphakanal. Es kann transparente und halbtransparente Bereiche tragen; JPG kann das nicht.
Hohe Bittiefe. 10 und 12 Bit pro Kanal werden unterstützt; JPG ist auf 8 Bit begrenzt. Das verringert Banding in weichen Übergängen.
Weiter Farbraum und HDR. Es kann den weiten Farbumfang transportieren, den moderne Displays darstellen können.
Verlustfreier Modus. Bei Bedarf lässt es sich auch ohne jeden Datenverlust speichern, allerdings gibt man dann den größten Teil des Größenvorteils auf.

Reden wir über den Preis

Diese Effizienz ist nicht umsonst zu haben.

Kosten der Codierung. Weil der AVIF-Encoder weit mehr Optionen abwägt, dauert die Umwandlung eines Bildes nach AVIF spürbar länger als nach JPG. Bei einer einzelnen Datei ist das belanglos; bei einem Archiv aus Tausenden Bildern ist es eine Zeit, die man einplanen muss. Das Decodieren, also die Anzeigeseite, ist dagegen schnell.

Kompatibilität. Das ist der eigentliche Preis. Aktuelle Mainstream-Browser unterstützen AVIF, aber ältere Geräte, ältere Betriebssysteme, viele Desktop-Programme und zahlreiche Upload-Formulare tun es nicht. Wenn Sie eine AVIF-Datei per E-Mail verschicken, ist die Möglichkeit real, dass die Gegenseite sie nicht öffnen kann.

Deshalb ist es gängige Praxis, beim Wechsel von JPG zu AVIF die Originale aufzubewahren und für die Auslieferung im Web ein JPG als Rückfallebene bereitzuhalten. Das picture-Element von HTML ist genau dafür gedacht: Unterstützt der Browser AVIF, lädt er das AVIF, andernfalls das JPG.

Eine Warnung: die bereits komprimierte Quelle

Das JPG, das Sie vorliegen haben, hat bereits eine verlustbehaftete Kompression durchlaufen. Wenn Sie es nach AVIF wandeln, verpacken Sie dieses Bild effizienter, aber verlorene Details kehren nicht zurück.

Wichtiger noch: Wenn Sie die Qualitätsstufe zu niedrig ansetzen, stapeln sich zwei Verlustschichten übereinander. Der AVIF-Encoder kann die von JPG hinterlassenen Blockkanten für "echtes Detail" halten und zu erhalten versuchen — oder alles zusammen weichzeichnen. Arbeiten Sie mit einem vernünftigen Qualitätswert; da AVIF ohnehin effizient ist, erzielen Sie auch dort noch einen erheblichen Größengewinn.

Kurz gefasst

Dass AVIF kleiner ist als JPG, liegt nicht an einer klügeren Kompression, sondern an einer flexibleren und rechenintensiveren. Variable Regionsgrößen, ein breites Vorhersagerepertoire und moderne Entropiecodierung zusammen ermöglichen es, dieselbe visuelle Qualität mit weit weniger Daten auszudrücken. Dafür zahlen Sie mit längerer Codierdauer und — das wiegt schwerer — mit begrenzter Unterstützung im Ökosystem. Für die Geschwindigkeit im Web lohnt sich dieser Tausch meistens; für den Dateiaustausch meistens nicht.