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GIF文件格式说明

时间:2010-04-07 16:37来源:网络 作者:陈鹏等 点击:
本文详细介绍了GIF文件格式,包括文件头部分,GIF数据流部分和文件结尾部分的存储结构。

1. 概述

GIF(Graphics Interchange Format,图形交换格式)文件是由 CompuServe公司开发的图形文件格式,版权所有,任何商业目的使用均须 CompuServe公司授权。
GIF图象是基于颜色列表的(存储的数据是该点的颜色对应于颜色列表的索引值),最多只支持8位(256色)。GIF文件内部分成许多存储块,用来存储多幅图象或者是决定图象表现行为的控制块,用以实现动画和交互式应用。GIF文件还通过LZW压缩算法压缩图象数据来减少图象尺寸(关于LZW算法和GIF数据压缩>>...)。

2. GIF文件存储结构

GIF文件内部是按块划分的,包括控制块( Control Block )和数据块(Data Sub-blocks)两种。控制块是控制数据块行为的,根据不同的控制块包含一些不同的控制参数;数据块只包含一些8-bit的字符流,由它前面的控制块来决定它的功能,每个数据块大小从0到255个字节,数据块的第一个字节指出这个数据块大小(字节数),计算数据块的大小时不包括这个字节,所以一个空的数据块有一个字节,那就是数据块的大小0x00。下表是一个数据块的结构:

BYTE 7 6 5 4 3 2 1 0 BIT
0

块大小

Block Size - 块大小,不包括这个这个字节(不计算块大小自身)
1   Data Values - 块数据,8-bit的字符串
2  
...  
254  
255  

一个GIF文件的结构可分为文件头(File Header)、GIF数据流(GIF Data Stream)和文件终结器(Trailer)三个部分。文件头包含GIF文件署名(Signature)和版本号(Version);GIF数据流由控制标识符、图象块(Image Block)和其他的一些扩展块组成;文件终结器只有一个值为0x3B的字符(';')表示文件结束。下表显示了一个GIF文件的组成结构:

  GIF署名 文件头  
  版本号
  逻辑屏幕标识符 GIF数据流  
  全局颜色列表  
  ...  
  图象标识符 图象块                              
  图象局部颜色列表图
                            基于颜色列表的图象数据  
 
  ...  
  GIF结尾 文件结尾  

下面就具体介绍各个部分:

文件头部分(Header)

GIF署名(Signature)和版本号(Version)

GIF署名用来确认一个文件是否是GIF格式的文件,这一部分由三个字符组成:"GIF";文件版本号也是由三个字节组成,可以为"87a"或"89a".具体描述见下表:

BYTE 7 6 5 4 3 2 1 0 BIT
1 'G' GIF文件标识
2 'I'
3 'F'
4 '8' GIF文件版本号:87a - 1987年5月
89a - 1989年7月
5 '7'或'9'
6 'a'

GIF数据流部分(GIF Data Stream)

逻辑屏幕标识符(Logical Screen Descriptor)

这一部分由7个字节组成,定义了GIF图象的大小(Logical Screen Width & Height)、颜色深度(Color Bits)、背景色(Blackground Color Index)以及有无全局颜色列表(Global Color Table)和颜色列表的索引数(Index Count),具体描述见下表:

BYTE 7 6 5 4 3 2 1 0 BIT  
1 逻辑屏幕宽度 像素数,定义GIF图象的宽度
2
3 逻辑屏幕高度 像素数,定义GIF图象的高度
4
5 m cr s pixel  
6 背景色 背景颜色(在全局颜色列表中的索引,如果没有全局颜色列表,该值没有意义)
7 像素宽高比 像素宽高比(Pixel Aspect Radio)

m - 全局颜色列表标志(Global Color Table Flag),当置位时表示有全局颜色列表,pixel值有意义.
cr - 颜色深度(Color ResoluTion),cr+1确定图象的颜色深度.
s - 分类标志(Sort Flag),如果置位表示全局颜色列表分类排列.
pixel - 全局颜色列表大小,pixel+1确定颜色列表的索引数(2的pixel+1次方).

全局颜色列表(Global Color Table)

全局颜色列表必须紧跟在逻辑屏幕标识符后面,每个颜色列表索引条目由三个字节组成,按R、G、B的顺序排列。

BYTE 7 6 5 4 3 2 1 0 BIT
1 索引1的红色值  
2 索引1的绿色值  
3 索引1的蓝色值  
4 索引2的红色值  
5 索引2的绿色值  
6 索引2的蓝色值  
7 ...                             
图象标识符(Image Descriptor)

一个GIF文件内可以包含多幅图象,一幅图象结束之后紧接着下是一幅图象的标识符,图象标识符以0x2C(',')字符开始,定义紧接着它的图象的性质,包括图象相对于逻辑屏幕边界的偏移量、图象大小以及有无局部颜色列表和颜色列表大小,由10个字节组成:

BYTE 7 6 5 4 3 2 1 0 BIT  
1 0 0 1 0 1 1 0 0 图象标识符开始,固定值为','
2 X方向偏移量 必须限定在逻辑屏幕尺寸范围内
3
4 Y方向偏移量
5
6 图象宽度
7
8 图象高度
9
10 m i s r pixel m - 局部颜色列表标志(Local Color Table Flag)
              置位时标识紧接在图象标识符之后有一个局部颜色列表,供紧跟在它之后的一幅图象使用;值否时使用全局颜色列表,忽略pixel值。
i - 交织标志(Interlace Flag),置位时图象数据使用交织方式排列,否则使用顺序排列。
s - 分类标志(Sort Flag),如果置位表示紧跟着的局部颜色列表分类排列.
r - 保留,必须初始化为0.
pixel - 局部颜色列表大小(Size of Local Color Table),pixel+1就为颜色列表的位数
局部颜色列表(Local Color Table)

如果上面的局部颜色列表标志置位的话,则需要在这里(紧跟在图象标识符之后)定义一个局部颜色列表以供紧接着它的图象使用,注意使用前应线保存原来的颜色列表,使用结束之后回复原来保存的全局颜色列表。如果一个GIF文件即没有提供全局颜色列表,也没有提供局部颜色列表,可以自己创建一个颜色列表,或使用系统的颜色列表。局部颜色列表的排列方式和全局颜色列表一样:RGBRGB......

基于颜色列表的图象数据(Table-Based Image Data)

由两部分组成:LZW编码长度(LZW Minimum Code Size)和图象数据(Image Data)。

BYTE 7 6 5 4 3 2 1 0 BIT
1 LZW编码长度 LZW编码初始码表大小的位数,详细描述见LZW编码...

 


...
图象数据,由一个或几个数据块(Data Sub-blocks)组成

数据块

...

GIF图象数据使用了LZW压缩算法(详细介绍请看后面的『LZW算法和GIF数据压缩』),大大减小了图象数据的大小。图象数据在压缩前有两种排列格式:连续的和交织的(由图象标识符的交织标志控制)。连续方式按从左到右、从上到下的顺序排列图象的光栅数据;交织图象按下面的方法处理光栅数据:

创建四个通道(pass)保存数据,每个通道提取不同行的数据:
第一通道(Pass 1)提取从第0行开始每隔8行的数据;
第二通道(Pass 2)提取从第4行开始每隔8行的数据;
第三通道(Pass 3)提取从第2行开始每隔4行的数据;
第四通道(Pass 4)提取从第1行开始每隔2行的数据;

下面的例子演示了提取交织图象数据的顺序:

 通道1   通道2   通道3   通道4   
0  -------------------------------------------------------- 1        
1 --------------------------------------------------------       4  
2  --------------------------------------------------------     3    
3  --------------------------------------------------------       4  
4  --------------------------------------------------------   2      
5  --------------------------------------------------------       4  
6  --------------------------------------------------------     3    
7  --------------------------------------------------------       4  
8  -------------------------------------------------------- 1        
9  --------------------------------------------------------       4  
10 --------------------------------------------------------     3    
11 --------------------------------------------------------       4  
12 --------------------------------------------------------   2      
13 --------------------------------------------------------       4  
14 --------------------------------------------------------     3    
15 --------------------------------------------------------       4  
16 -------------------------------------------------------- 1        
17 --------------------------------------------------------       4  
18 --------------------------------------------------------     3    
19 --------------------------------------------------------       4  
20 --------------------------------------------------------   2      

 

图形控制扩展(Graphic Control Extension)

这一部分是可选的(需要89a版本),可以放在一个图象块(图象标识符)或文本扩展块的前面,用来控制跟在它后面的第一个图象(或文本)的渲染(Render)形式,组成结构如下:

BYTE 7 6 5 4 3 2 1 0 BIT
1 扩展块标识 Extension Introducer - 标识这是一个扩展块,固定值0x21
2 图形控制扩展标签 Graphic Control Label - 标识这是一个图形控制扩展块,固定值0xF9
3 块大小 Block Size - 不包括块终结器,固定值4
4 保留 处置方法

i

t

i - 用户输入标志;t - 透明色标志。
5 延迟时间 Delay Time - 单位1/100秒,如果值不为1,表示暂停规定的时间后再继续往下处理数据流
6
7 透明色索引 Transparent Color Index - 透明色索引值
8 块终结器 Block Terminator - 标识块终结,固定值0

处置方法(Disposal Method):指出处置图形的方法,当值为:
                        0 - 不使用处置方法
                        1 - 不处置图形,把图形从当前位置移去
                        2 - 回复到背景色
                        3 - 回复到先前状态
                      4-7 - 自定义
用户输入标志(Use Input Flag):指出是否期待用户有输入之后才继续进行下去,置位表示期待,值否表示不期待。用户输入可以是按回车键、鼠标点击等,可以和延迟时间一起使用,在设置的延迟时间内用户有输入则马上继续进行,或者没有输入直到延迟时间到达而继续
透明颜色标志(Transparent Color Flag):置位表示使用透明颜色

注释扩展(Comment Extension)

这一部分是可选的(需要89a版本),可以用来记录图形、版权、描述等任何的非图形和控制的纯文本数据(7-bit ASCII字符),注释扩展并不影响对图象数据流的处理,解码器完全可以忽略它。存放位置可以是数据流的任何地方,最好不要妨碍控制和数据块,推荐放在数据流的开始或结尾。具体组成:

BYTE 7 6 5 4 3 2 1 0 BIT
1 扩展块标识 Extension Introducer - 标识这是一个扩展块,固定值0x21
2 注释块标签 Comment Label - 标识这是一个注释块,固定值0xFE
 
...
Comment Data - 一个或多个数据块(Data Sub-Blocks)组成

注释块

...
  块终结器 Block Terminator - 标识注释块结束,固定值0
图形文本扩展(Plain Text Extension)

这一部分是可选的(需要89a版本),用来绘制一个简单的文本图象,这一部分由用来绘制的纯文本数据(7-bit ASCII字符)和控制绘制的参数等组成。绘制文本借助于一个文本框(Text Grid)来定义边界,在文本框中划分多个单元格,每个字符占用一个单元,绘制时按从左到右、从上到下的顺序依次进行,直到最后一个字符或者占满整个文本框(之后的字符将被忽略,因此定义文本框的大小时应该注意到是否可以容纳整个文本),绘制文本的颜色索引使用全局颜色列表,没有则可以使用一个已经保存的前一个颜色列表。另外,图形文本扩展块也属于图形块(Graphic Rendering Block),可以在它前面定义图形控制扩展对它的表现形式进一步修改。图形文本扩展的组成:

BYTE 7 6 5 4 3 2 1 0 BIT
1 扩展块标识 Extension Introducer - 标识这是一个扩展块,固定值0x21
2 图形控制扩展标签 Plain Text Label - 标识这是一个图形文本扩展块,固定值0x01
3 块大小 Block Size - 块大小,固定值12
4 文本框左边界位置 Text Glid Left Posotion - 像素值,文本框离逻辑屏幕的左边界距离
5
6 文本框上边界位置 Text Glid Top Posotion - 像素值,文本框离逻辑屏幕的上边界距离
7
8 文本框高度 Text Glid Width -像素值
9
10 文本框高度 Text Glid Height - 像素值
11
12 字符单元格宽度 Character Cell Width - 像素值,单个单元格宽度
13 字符单元格高度 Character Cell Height- 像素值,单个单元格高度
14 文本前景色索引 Text Foreground Color Index - 前景色在全局颜色列表中的索引
15 文本背景色索引 Text Blackground Color Index - 背景色在全局颜色列表中的索引
N
...
Plain Text Data - 一个或多个数据块(Data Sub-Blocks)组成,保存要在显示的字符串。

文本数据块

...
N+1 块终结 Block Terminator - 标识注释块结束,固定值0

推荐:1.由于文本的字体(Font)和尺寸(Size)没有定义,解码器应该根据情况选择最合适的;
2.如果一个字符的值小于0x20或大于0xF7,则这个字符被推荐显示为一个空格(0x20);
3.为了兼容性,最好定义字符单元格的大小为8x8或8x16(宽度x高度)。

应用程序扩展(Application Extension)

这是提供给应用程序自己使用的(需要89a版本),应用程序可以在这里定义自己的标识、信息等,组成:

BYTE 7 6 5 4 3 2 1 0 BIT
1 扩展块标识 Extension Introducer - 标识这是一个扩展块,固定值0x21
2 图形控制扩展标签 Application Extension Label - 标识这是一个应用程序扩展块,固定值0xFF
3 块大小 Block Size - 块大小,固定值11
4 应用程序标识符 Application Identifier - 用来鉴别应用程序自身的标识(8个连续ASCII字符)
5
6
7
8
9
10
11
12 应用程序鉴别码 Application Authentication Code - 应用程序定义的特殊标识码(3个连续ASCII字符)
13
14
N
...
应用程序自定义数据块 - 一个或多个数据块(Data Sub-Blocks)组成,保存应用程序自己定义的数据

应用程序数据

...
N+1 块终结器 lock Terminator - 标识注释块结束,固定值0

文件结尾部分

文件终结器(Trailer)

这一部分只有一个值为0的字节,标识一个GIF文件结束.

BYTE 7 6 5 4 3 2 1 0  
1

文件终结

GIF Trailer - 标识GIF文件结束,固定值0x3B


 
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