引言
生活中有两个场景需要制作动图：产品动态功能演示和动图表情包制作。
从制作角度出发，制作一张GIF动图，主要分三个步骤：
- 录制：以特定帧率对区域画面进行采样
- 编辑：对采样片段进行剪辑
- 压缩：对导出内容进行压缩，不压缩文件可能会很大，容易造成PPT卡顿或超过传播平台大小限制
现有软件往往无法完全兼顾这三点，比如：
- ScreenToGif：集成了GIF录制和编辑功能，但对压缩功能的支持有所不足，且软件的操作较复杂，初学者上手存在一定学习成本。
- ShareX：支持GIF的区域录制，但录制往往存在启动帧冗余，往往需要对结果进行二次编辑。
- Adobe Premiere Pro(Pr)：强大的视频编辑软件，支持将视频转成GIF格式，但导出格式容易让人误解，同时存在"GIF"和"GIF动画"，如果选择GIF，竟然是将所有帧图像一张张单独导出来，很多人可能都踩过这个坑。
因此，我做了FreeGIF这个软件，它不仅能一次性解决这三个步骤，而且操作简单易上手。
FreeGIF 开源地址：https://github.com/zstar1003/FreeGIF
windows安装包：https://github.com/zstar1003/FreeGIF/releases/download/v1.0.0/FreeGIF.Setup.1.0.0.exe
mac安装包(arm)：:https://github.com/zstar1003/FreeGIF/releases/download/v1.0.0/FreeGIF-1.0.0-arm64.dmg
mac安装包(x86)：https://github.com/zstar1003/FreeGIF/releases/download/v1.0.0/FreeGIF-1.0.0.dmg
FreeGIF 使用方式
FreeGIF支持两种数据输入方式：
- 截屏录制：对屏幕区域进行截取录制
- 文件导入：直接导入已有的GIF文件
具体的使用方式参见以下视频：
FreeGIF：最简单的GIF动图制作软件
GIF压缩的底层逻辑
在此节中，将进一步探究GIF格式的本质，对底层感兴趣的读者可进一步阅读。
1. GIF文件结构
GIF (Graphics Interchange Format) 是诞生于1987年的一种位图图像格式。
一个 GIF 文件包含以下主要部分：
┌─────────────────────────┐
│ GIF Header (GIF89a) │ 6 字节
├─────────────────────────┤
│ Logical Screen Desc. │ 7 字节 - 屏幕尺寸、颜色信息
├─────────────────────────┤
│ Global Color Table │ 可选 - 最多 256 色调色板
├─────────────────────────┤
│ Application Extension │ 可选 - 循环次数等
├─────────────────────────┤
│ ┌───────────────────┐ │
│ │ Frame 1 │ │
│ │ - GCE Extension │ │ 延迟时间、透明色
│ │ - Image Desc. │ │ 帧位置、尺寸
│ │ - Local Color Tbl │ │ 可选局部调色板
│ │ - Image Data (LZW)│ │ 压缩的像素数据
│ └───────────────────┘ │
│ ┌───────────────────┐ │
│ │ Frame 2 ... │ │
│ └───────────────────┘ │
├─────────────────────────┤
│ GIF Trailer (0x3B) │ 1 字节
└─────────────────────────┘
2. GIF和MP4的区别
相同信息量的片段，为什么GIF文件会比视频MP4文件体积上大很多呢？
主要原因是GIF采用的压缩方法很落后，它是将每帧都完整存起来，而不是像视频那样只保留帧变化的部分。
GIF 采用的是 LZW (Lempel-Ziv-Welch) 无损压缩算法，LZW 是一种基于"字典"的无损压缩算法，通过"记忆"之前出现过的字节序列，用更短的"代码"替换它们，从而减少数据体积，压缩效果比较有限。
此外，由于历史原因，GIF 只支持最多 256 色（8-bit）的颜色空间，而MP4视频采用的是真彩色（24-bit，RGB每个通道都是8位），因此GIF颜色表现也远不如视频。
但是，GIF由于出现的比较早，所以基本所有的信息传输媒介都支持这种格式，并且，其不需要像视频那样需要解码器，支持在所有版本的PPT里播放。
目前，虽然有一些其它更好的动图格式出现，但由于历史原因，GIF仍然是目前使用最为广泛的动图格式。
3. GIF压缩方法
有些平台对GIF文件有限制，太大的根本发不出去，因此需要对GIF进行进一步压缩。
具体而言，可以从以下角度进行考虑：
1. 帧率
帧率是指一秒钟采样多少帧，在软件中，在录制前就可以进行设置，10FPS就代表每秒采样10帧。
通常的视频帧率是25FPS/30FPS，尽管高帧率会带来更好的流畅性，但文件体积也会显著增加，因此默认值是10FPS。
2. 分辨率
分辨率是指每帧画面的长宽像素值，在软件中，可以快速进行按比例进行下采样设置，具体有以下几档：
下调分辨率能够显著减小文件体积，但同时会使画面更模糊。
3. 颜色采样质量
由于GIF的每一帧只能包含最多 256 种颜色，因此制作GIF时，需要对真彩色图像（24-bit）进行采样。
颜色采样的本质是采用 NeuQuant 算法进行颜色量化，该算法是一种基于神经网络的算法：从图像中采样像素，训练 256 个神经元，调整最接近的神经元及其邻近神经元的颜色，最终，256 个神经元的颜色值即为最终调色板。
颜色采样质量越高，像素采样间隔越小，数据越丰富，最终的颜色会越接近真实值。
由于 GIF 采用 LZW 的压缩算法，当颜色较丰富时，压缩的空间会更小，因此颜色采样质量越高，文件体积也会相应较大。
4. 抖动处理
抖动处理是对颜色采样的后处理方式，当真彩色图像被限制到 256 色时，会产生明显的色带(banding)。
抖动处理解决的就是当像素颜色无法直接映射到调色板时，把误差分配给周围像素，让整体视觉更平滑。
误差指的是：原像素颜色−映射后的调色板颜色。
扩散范围是：这个误差可以传递到哪些周围像素、
在软件中，内置了四种抖动处理算法：
四种抖动算法的扩散范围和应用场景如下表所示：
| 算法 | 扩散范围 | 视觉效果 | 特点 / 适用场景 |
|---|---|---|---|
| Floyd-Steinberg | 当前像素 + 右1，下1左1，下1 | 细腻、噪点适中 | 最常用，均衡视觉质量和噪点，适合自然图像 |
| False Floyd-Steinberg(简化抖动) | 当前像素 + 右1，下1 | 较粗糙、噪点少 | 简化版，速度快，占用低，但细节损失明显 |
| Stucki | 当前像素 + 周围 12 个像素 | 最细腻、噪点最多 | 扩散范围广，保留渐变最好，但图像看起来"颗粒感重" |
| Atkinson | 当前像素 + 周围 6 个像素 | 对比度高，细节适中 | Apple 经典算法，适合图标、UI 元素，强调边缘清晰度 |
扩散范围越小的抖动算法(如简化抖动)，所带来的GIF文件体积越小，有点像是图像插帧，插得越少，LZW 所能起的作用越大。
虽然不同抖动处理的算法会影响文件大小，但这个大小很难直接计算估计出来，因此软件中，选择不同的算法，并不会直接造成预估大小的改变，实际是有影响的。
5. 调色板模式
GIF 采用的是索引颜色模式，而不是直接存储每个像素的 RGB 值。
在这种模式下：文件中保存一张颜色查找表（Color Table），也叫调色板，每个像素只存储调色板索引值（0~255），显示时再通过查找表把索引转换为实际颜色。
调色板有两种模式可选：局部调色板和全局调色板。
全局调色板是指整个 GIF 文件共用一个调色板，文件体积会较小。
局部调色板是指每一帧可以有自己的局部调色盘，因此不同帧之间的颜色可以完全不同，色彩表现会丰富，文件体积会更大。
总结
GIF的格式注定其无法采用更高效的帧间压缩方式，因此，压缩GIF就只能从两个角度考虑：每一帧大小和色彩表现。
参考
1\] CTF Wiki：https://ctf-wiki.org/misc/picture/gif