TIFF文件结构详解

1. TIFF概述

TIFF是Tagged Image File Format的缩写。在现在的标准中，只有TIFF存在， 其他的提法已经舍弃不用了。做为一种标记语言，TIFF与其他文件格式最大的不同在于除了图像数据，它还可以记录很多图像的其他信息。它记录图像数据的方式也比较灵活， 理论上来说， 任何其他的图像格式都能为TIFF所用， 嵌入到TIFF里面。比如JPEG， Lossless JPEG， JPEG2000和任意数据宽度的原始无压缩数据都可以方便的嵌入到TIFF中去。由于它的可扩展性， TIFF在数字影像、遥感、医学等领域中得到了广泛的应用。TIFF文件的后缀是.tif或者.tiff。

2. TIFF文件构成

2.1 概述

谈到TIFF文件结构，这里不得不要提出三个关键词：IFH(图像文件头)、IFD(图像文件目录)和DE(目录项)。其中，IFH包含三项功能，分别是字节顺序标志位、TIFF标志位和第一个IFD偏移量。最后一个功能负责指向IFD的开端。当然，从IFH到第一个IFD还有一段字节，小编表示还没弄明白。对于IFD与DE，他们是包含的关系。一个TIFF文件可以有多个IFD。而每个IFD有记录了DE的个数以及DE的详细内容，最后还记录了下一个IFD的偏移量。在此，大家可以想一下为什么这里记录的是偏移量，而不是直接下一个IFD。下图就是一个tif文件的详细结构。

2.2 IFH(图像文件头)

根据上图可知IFH包括三部分组成，详细介绍如下：

2.2.1 字节顺序标志位

占用两个字节(byte 0-1)，值为II或者MM。II表示小字节在前， 又称为little-endian。MM表示大字节在前，又成为big-endian。

2.2.2 TIFF标志位

占用两个字节(byte 2-3),一般都是42。

2.2.3 第一个IFD的偏移量

占用两个字节(byte 4-7)，可以在任意位置， 但必须是在一个字的边界，也就是说必须是2的整数倍。需要注意的是，这里是IFD的偏移量。也就是说，从这个位置到第一个IFD中间还有一些字节。

2.3 IFD(图像文件目录)

图像文件目录也包括三部分组成。

2.3.1 DE个数

占用两个字节(byte 0~1)，当然这里的0表示的是相对位置，表示此IFD包含多少个DE，假设数据为n个。

2.3.2 DE的详细描述

占用n * 12 个字节，这一部分是DE的详细描述，每个DE占用12个字节(详细后面会说)，所以n个DE总共占用2~(n*12+1)。这里可以想一下为什么要加1。

2.3.3 下一个IFD偏移量

占用4个字节，IFD偏移量，如果没有，则为0。

2.4 DE(图像目录项)

这一项有四部分组成，详细介绍如下。

2.4.1 TAG标识符

还记得TIFF的全程吗？不错，都出现了TAG。足以见到这一部分的重要性。这可以说是数据项的唯一标识符。关于的tag的详细说明见下表。

2.4.2 数据类型

占字节数(2-3)，数据类型。在TIFF6.0中，定义了12种数据类型，分别是：

• 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
• 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.

2.4.3 数量

占用4个字节数(4-7)。通过类型和数量可以确定存储此TAG的数据需要占据的字节数

2.4.4 数值或指针

占用4个字节(8-11)， 如果占用的字节数少于4， 则数据直接存于此。 如果超过4个，则这里存放的是指向实际数据的指针。

3. 实例说明

下面创建了一个5*3像素的tif文件。我们可以详细分析一下：

3.1 分析IFH

IFH共占用8个字节，根据上图可知为：49 49 2a 00 3a 00 00 00。

• 字节顺序标志位（49 49）

  49转换为16进制为73，对应字母为I，即标志位位II，也就是小字节在前。

• TIFF标志位(2a 00)

  表示42。

• IFD偏移量(3a 00 00 00)

  所以我们直接跳到3a查询第一个IFD,也就是第4行(00000030),第a列，所得数值为0f

3.2 IFD

• DE个数（0f 00）

  说明有15个DE。接下来，我们分析几个DE。

3.3 DE

我们复习一下DE组成，分为TAG(2)、数据类型(2)、数量(4)、数值或指针(4)。

这里需要说明的是字节是要按照从右向左方向读取。

例如有两个字节(00 10),那么应该编译成01 00。

3.3.1 第一个DE(起始3c)

• TAG(fe 00)

  通过查阅上表为NewSubfileType。

• 数据类型(04 00)

  通过查询数据类型表格可知，数据类型为4 = LONG 32-bit (4-byte) unsigned integer.

• 数量(01 00 00 00)

  所以数量为1

• 数值(00 00 00 00)

  数值为0，具体含义参见上表或者链接地址说明。

3.3.2 第二个DE(起始48)

• TAG(00 01)

  通过查阅上表代码(0100)为ImageWidth。

• 数据类型(04 00)

  通过查询数据类型表格可知，数据类型为4 = LONG 32-bit (4-byte) unsigned integer.

• 数量(01 00 00 00)

  所以数量为1

• 数值(00 00 00 05)

  数值为5，印证了上面说的这个tif宽为5个像素。

3.3.3 第三个DE(起始54)

• TAG(01 01)

  通过查阅上表代码(0101)为ImageLength。

• 数据类型(04 00)

  通过查询数据类型表格可知，数据类型为4 = LONG 32-bit (4-byte) unsigned integer.

• 数量(01 00 00 00)

  所以数量为1

• 数值(00 00 00 03)

  数值为3，印证了上面说的这个tif高为3个像素。

3.3.4 第四个DE(起始60)

• TAG(02 01)

  通过查阅上表代码(0102)为BitsPerSample。

• 数据类型(03 00)

  通过查询数据类型表格可知，数据类型为3 = SHORT 16-bit (2-byte) unsigned integer

• 数量(03 00 00 00)

  所以数量为3

• 数值(f4 00 00 00)

  数值为f4。

3.3.5 第五个DE(起始6c)

• TAG(03 01)

  通过查阅上表代码(0103)为Compression。

• 数据类型(03 00)

  通过查询数据类型表格可知，数据类型为3 = SHORT 16-bit (2-byte) unsigned integer

• 数量(01 00 00 00)

  所以数量为1

• 数值(05 00 00 00)

  数值为5，5 = LZW

3.3.6 第六个DE(起始78)

• TAG(06 01)

  通过查阅上表代码(0106)为PhotometricInterpretation。

• 数据类型(03 00)

  通过查询数据类型表格可知，数据类型为3 = SHORT 16-bit (2-byte) unsigned integer

• 数量(01 00 00 00)

  所以数量为1

• 数值(02 00 00 00)

  数值为2，2 = RGB. 正常RGB图像，存储顺序为R，G，B.

3.3.7 第七个DE(起始84)

• TAG(11 01)

  通过查阅上表代码(0111)为StripOffsets。

• 数据类型(04 00)

  通过查询数据类型表格可知，数据类型为4 = LONG 32-bit (4-byte) unsigned integer.

• 数量(01 00 00 00)

  所以数量为1

• 数值(08 00 00 00)

  数值为8.

3.3.8 第八个DE(起始90)

• TAG(15 01)

  通过查阅上表代码(0115)为SamplesPerPixel。

• 数据类型(03 00)

  通过查询数据类型表格可知，数据类型为3 = SHORT 16-bit (2-byte) unsigned integer

• 数量(01 00 00 00)

  所以数量为1

• 数值(03 00 00 00)

  数值为3,也就是RGB三个通道。

3.3.9 第九个DE(起始9c)

• TAG(16 01)

  通过查阅上表代码(0116)为RowsPerStrip。

• 数据类型(04 00)

  通过查询数据类型表格可知，数据类型为4 = LONG 32-bit (4-byte) unsigned integer.

• 数量(01 00 00 00)

  所以数量为1

• 数值(03 00 00 00)

  数值为3,这里的3指的高为3个像素。

3.3.10 第十个DE(起始a8)

• TAG(17 01)

  通过查阅上表代码(0117)为StripByteCounts。

• 数据类型(04 00)

  通过查询数据类型表格可知，数据类型为4 = LONG 32-bit (4-byte) unsigned integer.

• 数量(01 00 00 00)

  所以数量为1

• 数值(32 00 00 00)

  数值为50

3.3.11 第十一个DE(起始b4)

• TAG(1a 01)

  通过查阅上表代码(011a)为XResolution。

• 数据类型(05 00)

  通过查询数据类型表格可知，数据类型为5 = RATIONAL Two LONGs: the first represents the numerator

• 数量(01 00 00 00)

  所以数量为1

• 数值(fa 00 00 00)

  数值为fa

3.3.12 第十二个DE(起始c0)

• TAG(1b 01)

  通过查阅上表代码(011b)为YResolution。

• 数据类型(05 00)

  通过查询数据类型表格可知，数据类型为5 = RATIONAL Two LONGs: the first represents the numerator

• 数量(01 00 00 00)

  所以数量为1

• 数值(02 01 00 00)

  数值为102

3.3.13 第十三个DE(起始cc)

• TAG(1c 01)

  通过查阅上表代码(011c)为PlanarConfiguration。

• 数据类型(03 00)

  通过查询数据类型表格可知，数据类型为3 = SHORT 16-bit (2-byte) unsigned integer

• 数量(01 00 00 00)

  所以数量为1

• 数值(01 00 00 00)

  数值为1

3.3.14 第十四个DE(起始d8)

• TAG(28 01)

  通过查阅上表代码(0128)为ResolutionUnit。

• 数据类型(03 00)

  通过查询数据类型表格可知，数据类型为3 = SHORT 16-bit (2-byte) unsigned integer

• 数量(01 00 00 00)

  所以数量为1

• 数值(02 00 00 00)

  数值为2

3.3.15 第十五个DE(起始e4)

• TAG(3d 01)

  通过查阅上表代码(013d)为****。

• 数据类型(03 00)

  通过查询数据类型表格可知，数据类型为3 = SHORT 16-bit (2-byte) unsigned integer

• 数量(01 00 00 00)

  所以数量为1

• 数值(02 00 00 00)

  数值为2

今天的文章TIFF文件结构详解分享到此就结束了，感谢您的阅读。