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详解DPX和tiff文件格式

电影生活资料馆2018-11-07 14:11:54

DPX是电影电视工程师协会(SMPTE)在柯达(Kodak)公司开发的Cineon文件格式的基础之上加了一系列头文件信息(Header Information)而形成的一种红绿蓝位图(Bitmap)文件格式,用于存储和表达运动图像或视频的每一幅完整帧,其扩展名为dpx.SMPTE 268M标准对DPX格式进行了定义和描述。

DPX格式采用方形像素,以线性或对数方式采样,在文件头注明了采样方式,它可以表示底片上包含的所有有用信息,例如图像对应的胶片片边码、胶片卷号、录像带时间吗、录像带号等信息,从而产生一个合适、有效的‘数字底片’,用于电影数字后期处理并作为整个制作过程的数字母版。

DPX格式广泛应用于电影胶片的数字化处理与存储、数字中间片(DI)、视觉特效、数字电影等领域。胶片扫描仪对电影胶片进行扫描处理之后可以直接输出DPX格式,其中10bit对数(LOG)方式使用最为广泛。

TIFF图像文件格式详解

1 什么是TIFF?

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在数字影响、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文件结构

TIFF文件中的三个关键词是:图像文件头Image File Header(IFH), 图像文件目录Image File Directory(IFD)和目录项Directory Entry(DE)。每一幅图像是以8字节的IFH开始的, 这个IFH指向了第一个IFD。IFD包含了图像的各种信息, 同时也包含了一个指向实际图像数据的指针。

IFH的构成:

Byte 0-1: 字节顺序标志位, 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。

Byte 2-3: TIFF的标志位,一般都是42

Byte 4-7: 第一个IFD的偏移量。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。

IFD的构成(0代表此IFD的起始位置):

Byte 0-1: 表示此IFD包含了多少个DE,假设数目为n

Byte 2-(n*12+1): n个DE

Byte (n*12+2)-(n*12+5): 下一个IFD的偏移量,如果没有则置为0

DE的构成:

Byte 0-1: 此TAG的唯一标识

Byte 2-3: 数据类型。

Byte 4-7: 数量。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

Byte 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

可以用以下的图来表示(图来自http://www.cppblog.com/windcsn/archive/2009/03/12/1158.html)

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.

-个TIFF文件可能包含多个IFD,每一个IFD都是一个子文件。Baseline解码器只要求解第一个IFD所对应的图像数据。扩展的TIFF图像经常包含多个IFD,每一个IFD都包含了不同的信息。

TIF图一般由三个部分组成:文件头(简称IFH)、文件目录(简称IFD)、图像数据。

一、图像文件头(Image File Header)

IFH数据结构包含3个成员共计8个字节(见表一):

表一 IFH结构描述

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名称        字节数 数据类型 说明

------------------------------------------------------------

Byteorder       2  Integer  TIF标记,其值为4D4D或4949

Version        2  Integer  版本号,其值恒为2A00

Offset to first IFD  4  Long    第一个IFD的偏移量

------------------------------------------------------------

表一说明

1.Byteorder:可能是H4D4D或H4949,H4D4D表示该图是摩托罗拉整数格式,H4949表示该图是Intel整数格式。

2.Version:总是H2A00,它可能是tif文件的版本,也可能用于进一步校验该文件是否为TIF格式。

3.Offset to first IFD:第一个IFD相对文件开始处的偏移量(因为可能会有多个顺序排列的IFD)。

IFD数据结构并不一定紧跟在IFH后面,相反,它常常位于第三部分图像数据的后面,即TIF图像文件的一般组织形式是:IFH——图像数据——IFD。

二、图像文件目录(Image File Directory)

IFD是TIF图像文件中重要的数据结构,它包含了三个成员。由于一个TIF文件中可以有多个图像,而一个IFD只标识一个图像的所有属性(有的文章把“属性”称之为“标签”),所以,一个TIF文件中有几个图像,就会有几个IFD。IFD的结构见表二:

表二 IFD结构描述

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名称         字节数 数据类型 说明

-----------------------------------------------------------------

Directory Entry Count  2  Integer  本IFD中DE的数量

Directory Entry(1)   12       简称DE,中文译义“目录项”

Directory Entry(2)   12

……

Directory Entry(N)   12

Offset to next IFD   4  Long    下一个IFD的偏移量

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表二说明

1.Directory Entry Count:指出在该IFD中DE的个数;

2.Directory Entry:共12个字节,结构见表三。需要指出的是,DE的个数是不定的,因为每个DE只标识了图像的一个属性,那么这幅图像有N个属性就会有N个DE,用户甚至可添加自定义的标记属性,这就是为什么称TIF格式文件为“可扩充标记的文件”的原因。

3.Offset to next IFD Or NULL:下一个IFD相对于文件开始处的位置,这是一个链式构成。如果该数字为0,表示已经是最后一个IFD。当然,如果该TIF文件只包含了一幅图像,那么就只有一个IFD,显然这个偏移量也会等于0。

表三 DE结构描述

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名称     字节数  数据类型 说明

--------------------------------------------------

tag       2   Integer  本属性的标签编号

type       2   Integer  本属性值的数据类型

length      4   Long    该类型数据的数量

valueOffset   4   Long    属性值的存放偏移量

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表三说明

由DE标识的图像属性有:图像的大小、分辨率、是否压缩、像素的行列数、颜色深度(单色、16色、256色、真彩色)等等。其中:

①tag:是该属性的标签编号(TagID),在图像文件目录中,它是按照升序排列的(但不一定是连续的)。这些编号在TIF格式官方白皮书中可以查到相应的含义,但遗憾的是,我们到哪儿可以找到官方白皮书呢?所以,笔者只能把网上能找得到资料(再结合自己的实验结果)罗列出来,见表四。

②type:表示该属性数据的类型,一般认为TIF官方指定的有5种数据类型(但也有说12种数据类型的)。见表五。

③length:该种类型的数据的个数,而不是某个数据的长度。

④valueOffset:是tagID代表的变量值相对文件开始处的偏移量,但如果变量值占用的空间不多于4个字节(例如只有1个Integer类型的值),那么该值就直接存放在valueOffset中,没必要再另外指向一个地方了。

表四 DE中标签编号的含义

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TagID 属性名称 type 说明

-------------------------------------------------------------------------

0100 图像宽       0003

0101 图像高       0003

0102 颜色深度      0003  值=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  0003  值=05表示压缩

0106 图像是否采用反色显示0003  值=01表示反色,否则表示不反色

0111 图像扫描线偏移量  0004  图像数据起始字节相对于文件开始处的位置

0116 图像扫描线的数量  0004  表示图像有几行扫描线,实际上等于图像高度

0117 图像数据字节总数  0003  如果不是偶数,那么实际存放时会在后面加0

011A 水平分辩率偏移量  0005  常用计量单位是:像素/英寸

011B 垂直分辩率 偏移量  0005  常用计量单位是:像素/英寸

0131 生成该图像的软件名 0002  文本类型

0132 生成该图像的时间  0002  文本类型

0140 调色板偏移量    0003  256色和16色图像才有此属性,而且有连续2个

调色板,但属性的length值只表示出1个调色板

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表四说明

①“水平(垂直)分辩率”是分数型的属性,其值要占用8个字节,所以在valueOffset中存放的肯定是它的具体数值的偏移量,而不是数值本身。

②“生成图像的软件名称”和“生成图像的时间”这两个字符型属性,它们的值所占用的空间也会大于4字节,所以在valueOffset中存放的也是它们的值的偏移量,而不是值本身。

③“图像数据字节总数”一般是个偶数,如果是奇数,那么实际存放时会在后面加一个0,但这个0不会计算在字节总数之内。

表五 DE中的数据类型

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type值 数据类型  说明

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0001  Byte

0002  Ascii   文本类型,7位Ascii码加1位二进制0

0003  Integer

0004  Long

0005  RATIONAL  分数类型,由两个Long组成,第1个是分子,第2个是分母

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三、图像数据。这些数据可能是压缩的,也可能是未压缩的。如果经过压缩,那么压缩算法又有许多种,所以,图像数据是TIF文件中最为复杂的部分,暂还没有哪个软件能译出所有的压缩算法。

四、一个 Tif 文件的实例

让我们自己动手做一个实验,以加深理性认识。

用系统自带的画图程序新建一个17*15的白色图像,另存为TIF文件,它的全部数据如下(因设备差异你的数据也许会有些微不同):

0000: 49 49 2A 00 4E 00 00 00 80 3F E0 50 38 24 16 0D

0010: 07 84 42 61 50 B8 64 36 1D 0F 88 44 62 51 38 A4

0020: 56 2D 17 8C 46 63 51 B8 E4 76 3D 1F 90 48 64 52

0030: 39 24 96 4D 18 80 80 00 60 00 00 00 01 00 00 00

0040: 60 00 00 00 01 00 00 00 08 00 08 00 08 00 0F 00

0050: FE 00 04 00 01 00 00 00 00 00 00 00 00 01 03 00

0060: 01 00 00 00 11 00 00 00 01 01 03 00 01 00 00 00

0070: 0F 00 00 00 02 01 03 00 03 00 00 00 48 00 00 00

0080: 03 01 03 00 01 00 00 00 05 00 00 00 06 01 03 00

0090: 01 00 00 00 02 00 00 00 11 01 04 00 01 00 00 00

00A0: 08 00 00 00 15 01 03 00 01 00 00 00 03 00 00 00

00B0: 16 01 04 00 01 00 00 00 0F 00 00 00 17 01 04 00

00C0: 01 00 00 00 2F 00 00 00 1A 01 05 00 01 00 00 00

00D0: 38 00 00 00 1B 01 05 00 01 00 00 00 40 00 00 00

00E0: 1C 01 03 00 01 00 00 00 01 00 00 00 28 01 03 00

00F0: 01 00 00 00 02 00 00 00 3D 01 03 00 01 00 00 00

0100: 01 00 00 00 00 00 00 00

简要分析(请注意转换16进制数据时,低位在前,高位在后):

0000-0007:文件头,可以看出,该图是Intel整数格式,第一个IFD的偏移量为4E。

0008-0037:图像数据。注意最后那个0是补加的,它没有统计在“图像数据字节总数”属性值中。

0038-003F:水平分辩率值。

0040-0047:垂直分辩率值。

0048-004D:颜色深度值。

004E-0107:第一个IFD。Directory Entry Count的值(004E-004F)为F,表示这个IFD中有15个DE,每个DE占用12字节,15个DE共占用180字节,加上Directory Entry Count占用的2字节,再加上

Offset to next IFD占用的4字节,这个IFD共占用186字节,换算为16进制就是BA,所以,它的数据结束于0107。Offset to next IFD的值(最后4个字节)均为0,表示整幅图像文件只有这一个IFD。其中15个DE的描述见表六。

表六 一个Tif文件实例的DE描述

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顺号 偏移量 TagID Type length valueOffset 说明

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1 0050 00FE Long   1   00    未知属性值=0

2 005C 0100  Integer 1   11    图像宽为17像素(10进制)

3 0068 0101  Integer 1   0F    图像高为15像素(10进制)

4 0074 0102  Integer 3   48    图像为真彩色,其值存放在48-4D

5 0080 0103  Integer 1   05    图像数据是压缩的

6 008C 0106 Integer 1   02    图像不反色显示

7 0098 0111 Long    1   08    图像数据起始字节为8

8 00A4 0115  Integer 1   03    未知属性值=3

9 00B0 0116  Long    1   0F    图像扫描线有15行

10 00BC 0117  Long    1   2F    图像共有47个字节的压缩数据

11  00C8 011A  RATIONAL 1   38    水平分辩率存放在38-3F

12  00D4 011B  RATIONAL 1   40    垂直分辩率存放在40-47

13  00E0 011C  Integer 1   01    未知属性值=1

14  00EC 0128  Integer 1   02    未知属性值=2

15  00F8 013D  Integer 1   01    未知属性值=1

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表六说明

①水平分辩率值存放在0038-003F,占用8个字节,这8个字节是:60 00 00 00 01 00 00 00。由于它是分数类型,前4个字节是分子,其值为60000000,转换为10进制就是96,后4个字节是分母,其值是10000000,转换为10进制就是1,所以,分数值是:96/1,它表示每英寸96像素。

②垂直水平分辩率值存放在0040-0047,请参照①进行分析。

③颜色深度属性,它有3个Integer类型的值,共计6字节,所以valueOffset中存放的也是其值的偏移量。它的属性值存放在0048-004D,3个整形数据值都为8,表示这是一幅24位真彩色的图像。

转载地址:http://www.cnblogs.com/gywei/archive/2013/10/29/3393816.html

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