[转]GIF图片的文件储存结构和动画原理

 

 

 

[转]GIF图片的文件储存结构和动画原理

(2010-07-08 12:02:29)

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。
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 具体描述见下…
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 (详细描述…),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,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。详细描述见下…
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