数据压缩第二周作业
TIFF格式概述
TIFF(Tagged Image File Format)：
标记文件格式
，是一种灵活的
位图
格式，TIFF位图文件默认的文件扩展名是
tif或者tiff
。（注意，tif和tiff可以理解为文件格式相同）
特点
-
在刚开始，TIFF只支持二值图像，后来逐渐支持灰阶图像和彩色图像。现在可以将TIFF分为
四种
类型：TIFF-B，双色；TIFF-G，黑白灰度；TIFF-P，带调色板的彩色图形；TIFF-R，适合RGB色彩的图形。 - 支持256色、24位真彩色、32位色、48位色等多种色彩位；
- 支持RGB、CMYK以及YCbCr等多种色彩模式，支持多平台；
-
最大位深为
32bit
； -
支持压缩和不压缩
两种类型，其中压缩支持多种压缩格式，变化较多。 -
通常TIFF文件的格式如下：最常见的排列方式为：
IFH-文件数据-IFD
组成
TIF图一般由三个部分组成：文件头（简称IFH）、文件目录（简称IFD）以及图像数据。
一个TIFF文件可以有多个IFH，但是只能有一个IFD。
下面仔细介绍一下TIFF文件。
（所有的标签都是以
升序
排列）
在检索时，可以快速利用偏置位置迅速找到数据所在位置。
图像文件头（Image File Header – IFH）
由8个字节组成，以
升序排列
，IFH 包含 3 个成员：Byteorder、version、offset to first IFD。
| 名称 | 字节数 | 数据类型 |
|---|---|---|
| Byteorder | 2 | 整型 |
| Version | 2 | 整型 |
| Offset | 4 | 整型 |
Byteorder
字节顺序标志位，取值为4D4D（“MM”）或4949（“II”）。MM表示大字节在前，小字节在后，II表示小字节在前，大字节在后。
Version
TIFF标志位，值固定为 2A00(42)。
可用于检验tiff文件
Offest to first IFD
偏置，
第一个
IFD
相对于文件起始位置
的偏移量（由于偏置必须以 Word 边界开始，因此值必须为2的整数倍）。
注意：IFH后不一定紧接着就是IFD，通常有的时候会先有多个IFH，才会有IFD。
图像文件目录（Image File Directory – IFD）
和IFH一样，IFD同样包含三个元素：Directory Entry Count、Directory Entry以及Offset to next IFD。IFD用于标识一个图像的
所有属性
，具有图片属性也称为图片标签。
- 一个 TIFF 文件可以包含多个 IFD，一个 IFD 标识一个图像的属性。
| 名称 | 字节数 | 数据类型 |
|---|---|---|
| Directory Entry Count | 2 | 整型 |
| Directory Entry | n*12 | 整型 |
| Offset to next IFD | 4 | Long |
Directory Entry Count
DE（Directory Entry ）个数，表示此IFD中包含多少个DE。假设此IFD具有n个DE。
Directory Entry
DE，每个DE标识图像的一个属性，图像具有n个属性则具有n个DE，一个DE占用12个字节，因此n个DE总共占用(n*12)个字节。
Offset to next IFD
距离下一个IFD相对于
文件开始
的偏移量。例如，如果一个TIF文件中只包含一张图片，则只有一个IFD，偏移量等于0。
DE（图像属性）的详细说明
一个 DE 记录一个图像的属性，例如图像的分辨率、是否进行压缩等。其存储结构如下所示：
| 名称 | 字节数 | 数据类型 |
|---|---|---|
| Tag | 2 | 整型 |
| Type | 2 | 整型 |
| Length | 4 | Long |
| Offset | 4 | Long |
-
Tag：属性的标签编号，按
升序
排列。 - Type：属性的数据类型
-
Length：该类型的数据
个数
（数量） -
Offest：
（有时没有offset）
是TagID代表的变量值相对文件开始处的偏移量，如果实际数据的字节数小于等于 4，则不需要设置偏移量，直接存储数据。
Type类型：Rational：由两个Long组成，第一个位分数，第二个位偏移地址
其中Tag属性根据一下表中数据判断：
| TagID | 属性名称 | type | 说明 |
|---|---|---|---|
| 0100 | 图像宽 | int | （分辨率单位） |
| 0101 | 图像高 | int | （分辨率单位） |
| 0102 | 颜色深度 | int | 1为单色，4为16色，8为256色；如果该类型数据个数＞2个，说明是真彩图像 |
| 0103 | 图像数据是否压缩 | int | 05表示压缩 |
| 0106 | 图像是否采用反色显示 | int | 01表示反色，否则表示不反色 |
| 011A | 水平分辩率偏移量 | Rational | 常用计量单位是：像素/英寸 |
| 011B | 垂直分辩率偏移量 | Rational | 常用计量单位是：像素/英寸 |
| 0132 | 生成该图像的时间 | ASCII | 文本类型(7位ASCII码加1位二进制0) |
| 0140 | 调色板偏移量 | int | 256色和16色图像才有此属性；而且有连续2个 |
1、Rational指分数类型，由两个Long组成，第1个是分子，第2个是分母
2、ASCII码：文本类型
2、在Adobe官网我找到了TIFF详细的DE定义，附在参考文献中，供大家查询。
图像数据
TIFF支持多种数据存储格式（包括压缩未压缩、像素位存储或颜色面存储等），根据IFD中的设置进分析。TIFF支持的数据压缩类型可能比任何其他的图像文件格式都多。因此TIFF具有一个弊端，由于其压缩方式的多样性，许多有效的TIFF文件可能只能由个别程序进行识别。
（不过实际中图像经常采用LZW压缩）
在不缓冲整个文件的情况下，TIFF文件的流式传输在所有情况下都是不可能的。
目前Adobe享有TIFF规范版权，用于TIFF格式的管理和维护。Adobe可以创建带有单层图层的TIFF文件，同时还可以选择使用图像金字塔保存TIFF。
实例详解
注意：在读写字节流时由于TIFF为小字节在前，要从右向左读。
PS：CSDN上上传不了tiff格式的图片，利用wechat截图给大家举一个例子；将tiff格式的图片利用Visual Studio 2019二进制编辑器打开。
最终获得的二进制码如下：
逐次进行验证：
1、IFH部分：
| 名称 | 长度 | 实例 | 数据说明 |
|---|---|---|---|
| 字节顺序 | 2 | 49 49 | 从小字节在前 |
| TIFF标志位 | 2 | 00 2A | TIFF固定值 |
| 偏置 | 4 | 8 | 第一个IFD的偏移量 |
| 图像数据 | … | … | … |
（此图只有一张图片，故有且只有一个IFD）
-
对偏移量做一点说明：偏移量08
（指向第1行，第8列）
2、IFD部分：
由IFH中偏移量得出：08为IFD开始处，有0x14，也就是十进制中20个DE（图片属性），每个DE占12个字节，20个DE共占240字节；
对DE进行分析：
图中用不同颜色标记处不同的DE，从最开始深蓝色标注处的DEcount起，00FE为一个DE的名称…以此类推。
| 序号 | Tag | Type | Length | Value/Offset | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | FE 00 | long | 1 | 0 | 新子文件类型(New SubfileType) |
| 2 | 01 00 | int | 1 | 303 | 图片宽度：303（分辨率单位） |
| 3 | 01 01 | int | 1 | 300 | 图片长度：300（分辨率单位） |
| 4 | 01 02 | int | 3 | 012c.H（偏移地址） | 3个int型，分别用3bit表示，此为24位真彩图 |
| 5 | 01 03 | int | 1 | 1 | 图片未经过压缩 |
| 6 | 01 06 | int | 1 | 2 | 图像为RGB图像，未反色（0表示黑，最大值表示白） |
| 7 | 01 11 | long | 1 | 4C6A.H（偏移地址） |
Strip Offset ：每个条状数据在文件中的偏移量 |
| 8 | 01 12 | int | 1 | 1 | 第0行表示图像的可视顶部，第0列表示可视左侧（图像无隐藏部分） |
| 9 | 01 15 | int | 1 | 3 | RGB三通道 |
| 10 | 01 16 | int | 1 | 012C.H（偏移地址） |
RowsPerStrip 每个条带内图像的行数 |
| 11 | 01 17 | long | 1 | 04293C.H（偏移地址） |
StripByteCount 当采用某种压缩方式后,每个条带内包含的字节数 |
| 12 | 01 1A | Rational | 1 | 0104.H（偏移地址） | 宽度方向上每分辨率单位包含的像素个数 |
| 13 | 01 1B | Rational | 1 | 010C.H（偏移地址） | 长度方向上每分辨率单位包含的像素个数 |
| 14 | 01 1C | int | 1 | 1 | 每个像素的采样值连续存储，只有一个图像平面 |
| 15 | 01 28 | int | 1 | 2 | 分辨率单位（inch英尺） |
| 16 | 01 31 | ASCII | 31 | 0114.H（偏移地址） | 用于创建映像的软件包的名称和版本号 |
| 17 | 01 32 | ASCII | 20 | 0134.H（偏移地址） | DateTime 图片创造的时间 |
| 18 | 02 BC | byte | 20 | 148.H（偏移地址） | 未知 |
| 19 | 49 86 | byte | 5,382 | 156.H（偏移地址） | 未知 |
| 20 | 69 87 | long | 1 | 475A8.H（偏移地址） | 未知 |
总结
1、值得一提的是，在建立TIFF图片文件时，我最开始使用画板创建的tiff图片太宽，宽高太夸张，于是我就用PS对图片进行截取，最终获得了合适的图片。再利用PS进行图片保存过程时，选择储存图片方式位tiff会弹出这种提示窗，用户可以选择压缩或者不压缩两种格式。
这也验证了TIFF图片存储具有多种方法，支持压缩也支持不压缩。
2、TIFF的DE标签存储的内容很大，最开始练习读TIFF16进制数据的时候不太习惯，有的时候很容易找不到DE标签的位置。
参考资料：
1、DE标签官方解释：https://www.awaresystems.be/imaging/tiff/specification/TIFF6.pdf
2、TIFF文件格式详解：http://blog.sina.com.cn/s/blog_668aae7801017gr9.html
3、tiff标签简单使用说明：http://t.csdn.cn/or5X6