TIFF 文件格式

本文檔基于 TIFF version 6.0 描述
附錄：
TIFF 規(guī)范 版本6.0.pdf TIFF Specification, revision 6.0
TIFF6.pdf 百度網(wǎng)盤鏈接

標簽圖像文件格式（Tag Image File Format，TIFF）是一種靈活的位圖格式，主要用來存儲包括照片和藝術圖在內的圖像，最初由 Aldus 公司與微軟公司一起為 PostScript 打印開發(fā)。TIFF 與 JPEG 和 PNG 一起成為流行的高位彩色圖像格式。

TIFF文件以 .tif 或 .tiff 為擴展名。其數(shù)據(jù)格式是一種3級體系結構，TIFF 文件內部結構可以分成三個部分，分別是：文件頭信息區(qū)（IFH）、圖像文件目錄（IFD）和圖像數(shù)據(jù)區(qū)。其中所有的標簽都是以升序排列，這些標簽信息是用來處理文件中的圖像信息的。

由于 TIFF 文件中使用的偏移量為 4 個字節(jié)，所以，tif 文件最大為 4GB，而新的 BigTIFF 文件格式是為打破此限制而設計的格式，此處不表。

圖像文件頭 IFH

圖像頭文件（Image File Header 簡稱 IFH），IFH 數(shù)據(jù)結構包含 3 個成員共計8個字節(jié)，如下所示：

詳細解釋：

• Byte order indication:
  2 字節(jié)，位于文件最開始，其取值為 "MM"(0x4d4d) 或 "II"(0x4949)，"MM" 表示大字節(jié)在先的字節(jié)順序，"II" 表示小字節(jié)在先的字節(jié)順序。

• Version number:
  2 字節(jié)，其值永遠為 "42"(0x002a)，是“為了其深刻的哲學意義”而選擇的。

• Offset to first IFD:
  4 字節(jié)，第一個 IFD 相對于文件起始位置的偏移量（對于多頁 TIFF 可以存在多個 IFD）

注意：

• TIFF 文件中所使用的偏移量，都是相對于文件頭位置的偏移量；
• 偏移量必須以 Word 邊界開始，也就是說，所有偏移量必須為偶數(shù)。

圖像文件目錄（IFD）

圖像文件目錄（Image File Directory）是 TIFF 圖中非常重要的數(shù)據(jù)結構，一個 TIFF 文件可以包含多個 IFD，這時表示此文件包含多個圖像，一個 IFD 標識一個圖像的屬性。

IFD 包含 3 類成員，如下所示：

Offset	DataType	Value
0	Word	Directory Entry Count
2	Word	Directory Entry 0
14	Word	Directory Entry 1
	Word
2+(Count-1)*12	Word	Directory Entry (count-1)
2+(Count)*12	Unsigned Long	Offset to next IFD

詳細解釋：

• Directory Entry Count:
  2字節(jié)，接下來的 DE(Directory Entry)的個數(shù)

• Directory Entry:
  12字節(jié)，表示圖像的某一個屬性，共有 Directory Entry Count 個

• Offset to next IFD:
  4字節(jié)，下一個 IFD 的偏移量，如果已經是最后一個IFD，則此值為 NULL(0x00000000)

Directory Entry

Directory Entry 簡稱 DE, 簡單的說，一個 DE 記錄一個圖像的屬性，例如圖像的 長、寬、分辨率等。其存儲結構如下所示：

詳細解釋：

• Tag:
  2 字節(jié)，該屬性的標簽編號，在 IFD 中，多個 DE 的 Tag 值是升序排列的，此編號可以在 TIFF 的規(guī)范中找到，此處列出幾個常用的編號（用戶也可以定義自己的私有標簽）：

  TagName	Decimal	Hex	Type	Value
  ImageWidth	256	0x100	SHORT or LONG
  ImageLength	257	0x101	SHORT or LONG
  BitsPerSample	258	0x102	SHORT	4 or 8
  Compression	259	0x103	SHORT
  PhotometricInterpretation	262	0x106	SHORT
  StripOffsets	273	0x111	SHORT or LONG
  RowsPerStrip	278	0x116	SHORT or LONG
  StripByteCounts	279	0x117	LONG or SHORT
  XResolution	282	0x11A	RATIONAL
  YResolution	283	0x11B	RATIONAL
  ResolutionUnit	296	0x128	SHORT

• Type:
  2 字節(jié)，該屬性的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型，該值可以在 TIFF 規(guī)范中找到，下面列出：

  Value	Type	Description
  1	BYTE	8-bit unsigned integer.
  2	ASCII	8-bit byte that contains a 7-bit ASCII code; the last byte must be NUL (binary zero).
  3	SHORT	16-bit (2-byte) unsigned integer.
  4	LONG	32-bit (4-byte) unsigned integer.
  5	RATIONAL	Two LONGs: the first represents the numerator of a fraction; the second, the denominator.
  6	SBYTE	An 8-bit signed (twos-complement) integer.
  7	UNDEFINED	An 8-bit byte that may contain anything, depending on the definition of the field.
  8	SSHORT	A 16-bit (2-byte) signed (twos-complement) integer.
  9	SLONG	A 32-bit (4-byte) signed (twos-complement) integer.
  10	SRATIONAL	Two SLONG’s: the first represents the numerator of a fraction, the second the denominator.
  11	FLOAT	Single precision (4-byte) IEEE format.
  12	DOUBLE	Double precision (8-byte) IEEE format.

• Length:
  4 字節(jié)，數(shù)據(jù)的數(shù)量，注意，此處為數(shù)據(jù)的數(shù)量而不是數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)

• valueOffset:
  4 字節(jié)，如果數(shù)據(jù)的數(shù)量乘以數(shù)據(jù)類型的字節(jié)長度（即實際數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)）小于等于 4，則此處存儲數(shù)據(jù)，否則，此處存儲數(shù)據(jù)位置的偏移量（相對于文件頭的偏移量）

其文件結構總覽如下圖所示：

TIFF文件格式總覽.png

圖像數(shù)據(jù)例子

TIFF 文件的 IFD 并不一定緊跟在 IFH 后面，相反，它常常位于圖像數(shù)據(jù)的后面，即 TIFF 圖像文件的一般組織形式是：
IFH -- 圖像數(shù)據(jù) -- IFD

下面我們制作一個 TIFF 格式的文件進行簡單分析
用 畫圖 軟件繪制一個 7*9 像素的圖像，保存為 TIFF 格式

TIFF例子文件

放大截圖顯示為：

TIFF例子截圖.png

其文件的實際內容為(16進制)：

對其進行簡要解析（偏移量省略高位兩個字節(jié)的0x0000）：

• 0x0000 ~ 0x0007
  IFH, 其中 最開始的兩個字節(jié)內容 0x4949 為 "II", 表示此文件的字節(jié)順序為小字節(jié)在先；接下來的兩個個字節(jié) 0x2a 0x00 按照 Word 類型解析為 0x002a 為固定值 42，接下來的 4 個字節(jié)解析為 IFD 的偏移地址為：0x000000ca;

• 0x00ca ~ 0x00cb
  IFD 的起始位置，開始的兩個字節(jié)解析為 0x000f, 為 Directory Entry Count, 表示下面有 15 個 Directory Entry;

• 0x00cc ~ 0x00d7
  Directory Entry 0, 開始兩個字節(jié)為 Tag = 0x00fe, 表示 NewSubfileType, 具體可查看附件中的 TIFF 規(guī)范；

• 0x00d8 ~ 0x00e3
  DE 1, 開始的 2 個字節(jié) Tag = 0x0100, 表示 ImageWidth, 接下來的 2 個字節(jié) Type = 0x0004 表示數(shù)據(jù)格式為 LONG(32bits), 再接下來的 4 個字節(jié) Length = 0x00000001, 表示數(shù)據(jù)個數(shù)為 1, 再接下來的 4 個字節(jié)表示此 ImageWidth = 0x00000007, 表示圖像寬度為 7;

• 0x00e4 ~ 0x00ef
  DE 2, 開始的 2 個字節(jié) Tag = 0x0101, 表示 ImageLength, 不再詳述；

• 0x00f0 ~ 0x00fb
  DE 3, 開始的 2 個字節(jié) Tag = 0x0102, 表示 BitsPerSample, 為每個組件的位數(shù)；接下來的 2 個字節(jié) Type = 0x0003, 表示數(shù)據(jù)格式為 SHORT, 接下來的 4 個字節(jié) Length = 0x00000003, 表示數(shù)據(jù)個數(shù)為 3; 此處應當計算 3 （數(shù)據(jù)格式字節(jié)數(shù)）= 32=6, 即數(shù)據(jù)為 6 個字節(jié)，所以接下來的 4 個字節(jié)保存數(shù)據(jù)的偏移量位置 value Offset = 0x00000184;

  • 0x0184 ~ 0x0189
    此處存儲 BitsPerSample 的數(shù)據(jù)，可以看到，其數(shù)據(jù)為 0x0008 0x0008 0x0008, 表示圖像為3通道，每個通道的像素為 8 位深度；

• 0x00fc ~ 0x0107
  DE 4, 開始的 2 個字節(jié) Tag = 0x0103, 表示 Compression, 為壓縮的屬性，此處的值為 0x05, 表示數(shù)據(jù)是 LZW 壓縮的；

• 0x0108 ~ 0x0113
  DE 5, Tag = 0x0106, 表示 PhotometricInterpretation, 值為 2 表示為 RGB 圖像；

• 0x0114 ~ 0x011F
  DE 6, Tag = 0x0111, 表示 StripOffsets, For each strip, the byte offset of that strip. 此處 Type = 4, 表示 LONG 數(shù)據(jù)類型，Length = 0x00000001, 數(shù)據(jù)只有 1 個，其值為 0x00000008, 表示數(shù)據(jù)存放在偏移量 0x08 開始的數(shù)據(jù)處；

  • 0x0008~0x00c9
    此處存放的數(shù)據(jù)即為圖像的像素數(shù)據(jù)，驗證圖像像素值，其并不等于文件中的數(shù)值，應該是經過壓縮的原因；

• 0x0120 ~ 0x012B
  DE 7, Tag = 0x0115, 表示 SamplesPerPixel, 每個像素的組件數(shù)，對于 RGB 圖像此屬性值為3; 查看此值確實為 3;

• 0x012C ~ 0x0137
  DE 8, Tag = 0x0116, 表示 RowsPerStrip, The number of rows in each strip (except possibly the last strip.) 一個 Strip 中的行數(shù)，此處值為 9 （此處只有 1 個 strip, 此值為 9）；

• 0x0138 ~ 0x0143
  DE 9, Tag = 0x0117, 表示 StripByteCounts, For each strip, the number of bytes in the strip after compression. 字節(jié)數(shù)，此處值為 0xc2 = 194 字節(jié)；

• 0x0144 ~ 0x014f
  DE 10, Tag = 0x011a, 表示 XResolution, The number of pixels per ResolutionUnit in the ImageWidth direction. Type = 0x05, 表示 RATIONAL 類型（分數(shù)類型，分子分母都為LONG），length = 0x00000001, 數(shù)據(jù)個數(shù)為 1 個；Value Offset = 0x0000018a;

  • 0x018a~0x0191
    X 方向分辨率值，分子為 0x017700 分母為 0x00003e8，所以值為：0x60=96;

• 0x0150 ~ 0x015B
  DE 11, Tag = 0x011b, 表示 YResolution, Type = 0x05, length = 0x00000001, Value Offset = 0x00000192;

  • 0x0192~0x0199
    Y 方向分辨率值，分子為 0x0x017700 分母為 0x00003e8，所以值為：0x60=96;

• 0x015C ~ 0x0167
  DE 12, Tag = 0x011c, 表示 PlanarConfiguration，How the components of each pixel are stored. 值為 1 ，表示 1 = Chunky format. The component values for each pixel are stored contiguously. The order of the components within the pixel is specified by PhotometricInterpretation. For example, for RGB data, the data is stored as RGBRGBRGB…;

• 0x0168 ~ 0x0173
  DE 13, Tag = 0x0128, 表示 ResolutionUnit, 1 = No absolute unit of measurement. Used for images that may have a non-square aspect ratio but no meaningful absolute dimensions. 2 = Inch. 3 = Centimeter. Default = 2 (inch); 此處值為 2;

• 0x0174 ~ 0x017f
  DE 14, Tag = 0x013d, 表示 Predictor, 此處值為 2, 此參數(shù)是與 LZW 壓縮有關的參數(shù)；

• 0x0180 ~ 0x0183
  Offset to next IFD, 由于本文件中只有一幅圖像，所以只有一個 IFD, 所以此處的偏移量值為 NUL = 0x00000000;

雷震西山 2019年10月29日