概览
- GIF：调色板（索引色）+ LZW 无损压缩，适合颜色有限的图像、动画。
- PNG：逐行滤波 + DEFLATE（LZ77 + Huffman）无损压缩，支持真彩色和透明。
- JPEG：基于离散余弦变换（DCT）的有损压缩，适合照片类复杂渐变图像。
GIF（Graphics Interchange Format）
原理与流程：
- 调色板（Palette / Indexed Color）：图像色彩被映射到最多 256 色的全局或局部调色板，像素只存储索引（8 bit）。
- LZW 压缩：对索引流应用 LZW（字典式）无损压缩，替换常见序列以减少数据量。
- 可选的逐帧动画和简单的透明控制；支持“交错”（interlace，4-pass）以便渐进显示。
- GIF压缩
优缺点：
- 优点：无损（在 256 色限制内），支持动画，文件头/解码简单。
- 缺点：颜色受限（256 色），对照片类图像效果差；LZW 对高色彩图像压缩有限。
适用场景：图标、线条图、色彩简单的动画或带透明背景的小图。
PNG（Portable Network Graphics）
原理与流程：
- 色彩表示：支持调色板（索引色）、真彩色（24/48-bit）、带/不带 Alpha 通道。
- 逐行滤波（Filter）：对每一行像素先应用一种预测滤波器（5 类：None、Sub、Up、Average、Paeth），把像素值转为更易压缩的残差数据。
- DEFLATE 压缩：对滤波后的数据使用 DEFLATE（LZ77 + Huffman）无损压缩。
- 可选 Adam7 交错（7-pass）用于渐进加载。
- PNG压缩
优缺点：
- 优点：无损、支持真彩与透明，压缩比对图像（尤其带大色块或文本）优秀；支持校验（CRC）。
- 缺点：对照片类复杂纹理相比 JPEG 文件更大；编码/滤波选择影响压缩效果和速度。
适用场景：需要无损保存、透明背景、图形、UI 元素、带文字或线条的图片。
JPEG（Joint Photographic Experts Group）
原理与流程（Baseline JPEG 常见流程）：
- 色彩空间转换：从 RGB 转为 YCbCr，分离亮度（Y）和色度（Cb/Cr）。
- 色度下采样（Chroma subsampling）：常见 4:2:0 或 4:2:2，对 Cb/Cr 进行降采样以利用人眼对色度不敏感的特性。
- 分块与 DCT：将图像按 8×8 像素块分割，对每块做二维离散余弦变换（DCT），变换到频域。
- 量化（Quantization）：用量化矩阵对 DCT 系数打小数（除以量化值并四舍五入），这是主要的有损步骤，量化强度决定压缩率与失真程度。
- 顺序编码：按锯齿（zig-zag）顺序把系数变成一维序列，长零序列 -> RLE（游程编码）。
- 熵编码：对符号使用霍夫曼编码或算术编码（不同实现）进一步压缩。
- 可选：Progressive JPEG（多次扫描逐步提高图像细节）。
- JPG压缩
优缺点：
- 优点：对照片类图像压缩比高、视觉质量可控（通过量化表）；广泛支持。
- 缺点：有损，压缩会引入阻塞效应、伪影；对高对比边缘和文字不友好；不支持透明。
适用场景：照片、复杂渐变背景、大尺寸图片用于网络传输。
常见对比与选用建议
- 需要无损且带透明：PNG（真彩 + alpha）；若颜色非常少且需动画，考虑 GIF 或 APNG（更现代）。
- 需要动画且色彩有限：GIF（体积小但颜色受限）；现代替代有 WebP/AVIF 动画。
- 照片与自然图像：JPEG（或更现代的 WebP/AVIF）用于更小体积与可接受的视觉损失。
- 需要最优无损压缩（调色板图片）：PNG 的滤波+DEFLATE 通常优于 GIF（当色彩>256 时 GIF 不适用）。
结语：三者的核心差别在于是否有损、预处理方法（色彩空间/滤波/调色板）与所用的编码算法（LZW / DEFLATE / DCT+量化+熵编码）。选择时以图像内容和对质量、透明性、动画支持与体积的权衡为准。