GIF 與 LZW 專利的歷史：壓縮原理、PNG 的誕生與專利到期

Jacob Ziv 與 Abraham Lempel 於 1977 年發表的論文，奠定了 LZ77 這類參照先前資料序列的壓縮方法。兩人 1978 年的論文則與 LZ78 有關，透過建立字典來記錄讀取過的序列。後來 PNG 採用的 DEFLATE 結合 LZ77 與霍夫曼編碼（Huffman coding），與 GIF 使用的 LZW 不同。

Terry A. Welch 在 1984 年 6 月的論文中，介紹以 LZ78 為基礎的高速字典壓縮。LZW 是 Lempel–Ziv–Welch 的縮寫。演算法已公開發表，不代表其實作不受專利權限制；將「方法已公開」直接等同於「可不受限制地實作」，就會忽略這段歷史的核心爭議。

LZW 以字典中的代碼表示重複出現的符號序列。只要編碼器與解碼器使用相同的初始字典及更新規則，就能在不傳送完整字典的情況下還原資料。以下教學範例的初始字典只有 A=0、B=1，並不是 GIF 檔案的位元組串流。

輸出為 0, 1, 2, 4。解碼器一邊輸出 A、B、AB，一邊建立字典。收到最後的代碼 4 時，該項目尚未存在；此時將前一個序列 AB 的第一個符號 A 接在 AB 後面，就能還原為 ABA。這項特殊處理適用於「收到的代碼正好是下一個待新增代碼」的情況。

7 個字元變成 4 個代碼，不代表檔案大小就是原本的 4/7。代碼的位元寬度、初始化與結束代碼、影像標頭等也會占用空間。輸入太短或重複性不足時，壓縮後反而可能變大。

CompuServe 的 GIF87a 規格標示日期為 1987 年 6 月 15 日。GIF 以 LZW 壓縮的是指向色彩表的索引序列，而不是色彩值本身。一個色彩表最多有 256 個項目；即使 LZW 是無損壓縮，將照片轉換成有限色彩的調色盤時，仍可能先失去部分色彩資訊。

依 GIF89a 的規則，最小代碼大小為 m 時，初始代碼寬度為 m+1 位元，上限為 12 位元。m=8 時從 9 位元開始，但並非所有 GIF 都如此。即使只有兩種顏色，m 也須設為 2。Clear 代碼會重設字典，End of Information 代碼表示資料結束。字典達到容量上限時，不一定要立即送出 Clear 代碼。

GIF87a 已允許在同一資料串流中存放多張影像。GIF89a 的 Graphic Control Extension 則可指定延遲時間、透明色與影像顯示後的處理方式。因此，不能將多張影像的儲存能力說成是 89a 才首次加入。

美國專利 US 4,558,302 的發明人為 Welch，最初的受讓人為 Sperry。申請日期是 1983 年 6 月 20 日，核准專利的公告日期是 1985 年 12 月 10 日。1984 年是論文發表年，不是專利申請年。Sperry 與 Burroughs 於 1986 年合併後，相關權利由 Unisys 承接。

較早期美國專利的期限涉及制度過渡規則，不能一律套用現今常見的「自申請日起 20 年」來計算。下文採用的是當時授權文件明列的到期日期，也不把 Google Patents 自動顯示的法律狀態視為個案的法律判斷。

參與 PNG 開發的 Greg Roelofs 記錄指出，CompuServe 在 1994 年 12 月 28 日的公告是重要轉折。與 Unisys 的協商在此之前就已展開；協商起點、公開公告日期與契約的具體條款，必須分別看待。

爭議核心是實作壓縮技術的軟體所涉及的專利授權，而不是對 GIF 副檔名課稅。「GIF tax」只是俗稱，並非稅制名稱。包括後來針對網站提出的授權要求，其條件也會隨時期、契約與所用實作而異，不能概括成「所有放置 GIF 的網站都必須支付同一筆費用」。

1995 年初，Thomas Boutell 等人開始討論 GIF 的替代格式。避開專利問題是動機之一，支援更多色彩與更靈活的透明度等技術改進，也共同塑造了 PNG。

• 1996 年 10 月 1 日：PNG 1.0 成為 W3C 建議標準（Recommendation）。
• 1997 年 3 月：RFC 2083 發布，並非與 1996 年的 W3C 建議標準同日發表。
• 2004 年 3 月：ISO/IEC 15948:2004 發布，其版本名稱不是 2003 年版。

PNG 採用了 DEFLATE。這是選擇另一種壓縮方式，而不是等 LZW 專利到期後再使用它。RFC 1951 將 DEFLATE 說明為 LZ77 與霍夫曼編碼的組合。

PNG 1.0 未納入動畫，因此最初主要替代 GIF 的靜態影像用途。不過，這項限制並非一直延續至今：2025 年 6 月 24 日的 PNG 第三版 W3C 建議標準已納入 APNG 動畫。PNG 的透明度也不是一律限於 8 位元，須依色彩類型與位元深度的規則判斷。

下表日期來自 Stellent 與 Guidance Software 在 2005 年簽訂、由 SEC 公開的 License Agreement 內之 LZW 通知。這是針對相關 Unisys 專利的當時紀錄，不表示本文已逐一重新查核各國專利登記簿。

來源：Stellent Chicago Sales, Inc. / SEC: License Agreement（LZW 通知）。

美國的到期日期不是全球到期日期，也不能據此推論其他公司的專利或改良技術所涉及的權利，都在 2004 年消失。同一份文件也提到，改良技術仍涉及其他專利與專利申請。

選擇影像格式時，不必只看 GIF 的歷史。應比較色彩數、透明度、靜態或動畫用途、顯示環境支援、編碼時間與檔案大小。WebP 或 AVIF 有時能產生較小的檔案，但不保證永遠只有 GIF 的 1/5 或 1/10。請使用相同素材、畫質、解析度與影格數進行比較；也可參考我們的 WebP、AVIF 與 JPEG 比較文章。

NanToo 日文版的 GIF 動畫製作工具使用 gif.js，該程式庫採用 MIT 授權條款。專利到期與實作軟體的著作權、授權條款是不同問題；散布程式庫時仍可能須保留相關聲明，輸入影像的使用權利也要另外確認。

LZW 以字典代碼表示重複序列，GIF 則是採用這項技術的影像格式。1983 年申請專利、1984 年發表論文、1985 年專利核准及 1994 年底的授權公告，是不同事件；後續 PNG 的開發，以及 1996、1997、2004 年的標準化里程碑，也應分別理解。

相關 Unisys 專利在 2003–2004 年到期是重要里程碑，但不代表軟體授權條款或影像著作權也一併消失。本文提供技術與專利史的一般說明；若需要判斷特定契約或產品的法律問題，應先確認實作方式與司法管轄區，再諮詢適當的專業人士。