GIF文件格式说明

石鑫华视觉

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（关于LZW算法和GIF数据压缩>>...）。

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
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，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（详细介绍请看后面的『LZW算法和GIF数据压缩』），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：

行	通道1	通道2	通道3	通道4
0  支持石鑫华视觉align=left]
1 支持石鑫华视觉td][td]	4
2  支持石鑫华视觉td][td] 3
3  支持石鑫华视觉td][td]	4
4  支持石鑫华视觉/td][td]
5  支持石鑫华视觉td][td]	4
6  支持石鑫华视觉td][td] 3
7  支持石鑫华视觉td][td]	4
8  支持石鑫华视觉align=left]
9  支持石鑫华视觉td][td]	4
10 支持石鑫华视觉td][td] 3
11 支持石鑫华视觉td][td]	4
12 支持石鑫华视觉/td][td]
13 支持石鑫华视觉td][td]	4
14 支持石鑫华视觉td][td] 3
15 支持石鑫华视觉td][td]	4
16 支持石鑫华视觉align=left]
17 支持石鑫华视觉td][td]	4
18 支持石鑫华视觉td][td] 3
19 支持石鑫华视觉td][td]	4
20 支持石鑫华视觉/td][td]

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。
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

图形文本扩展(Plain Text Extension)

这一部分是可选的（需要89a版本），用来绘制一个简单的文本图象，这一部分由用来绘制的纯文本数据（7-bit ASCII字符）和控制绘制的参数等组成。绘制文本借助于一个文本框（Text Grid）来定义边界，在文本框中划分多个单元格，每个字符占用一个单元，绘制时按从左到右、从上到下的顺序依次进行，直到最后一个字符或者占满整个文本框（之后的字符将被忽略，因此定义文本框的大小时应该注意到是否可以容纳整个文本），绘制文本的颜色索引使用全局颜色列表，没有则可以使用一个已经保存的前一个颜色列表。另外，图形文本扩展块也属于图形块(Graphic Rendering Block)，可以在它前面定义图形控制扩展对它的表现形式进一步修改。图形文本扩展的组成：

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	图形控制扩展标签								Plain Text Label - 标识这是一个图形文本扩展块，固定值0x01
3	块大小								Block Size - 块大小，固定值12
4	文本框左边界位置								Text Glid Left Posotion - 像素值，文本框离逻辑屏幕的左边界距离
5
6	文本框上边界位置								Text Glid Top Posotion - 像素值，文本框离逻辑屏幕的上边界距离
7
8	文本框高度								Text Glid Width -像素值
9
10	文本框高度								Text Glid Height - 像素值
11
12	字符单元格宽度								Character Cell Width - 像素值，单个单元格宽度
13	字符单元格高度								Character Cell Height- 像素值，单个单元格高度
14	文本前景色索引								Text Foreground Color Index - 前景色在全局颜色列表中的索引
15	文本背景色索引								Text Blackground Color Index - 背景色在全局颜色列表中的索引
N	...								Plain Text Data - 一个或多个数据块(Data Sub-Blocks)组成，保存要在显示的字符串。
	文本数据块
	...
N+1	块终结								Block Terminator - 标识注释块结束，固定值0

推荐：1.由于文本的字体(Font)和尺寸(Size)没有定义，解码器应该根据情况选择最合适的；
2.如果一个字符的值小于0x20或大于0xF7，则这个字符被推荐显示为一个空格(0x20)；
3.为了兼容性，最好定义字符单元格的大小为8x8或8x16（宽度x高度）。

应用程序扩展(Application Extension)

这是提供给应用程序自己使用的（需要89a版本），应用程序可以在这里定义自己的标识、信息等，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	图形控制扩展标签								Application Extension Label - 标识这是一个应用程序扩展块，固定值0xFF
3	块大小								Block Size - 块大小，固定值11
4	应用程序标识符								Application Identifier - 用来鉴别应用程序自身的标识(8个连续ASCII字符)
5
6
7
8
9
10
11
12	应用程序鉴别码								Application Authentication Code - 应用程序定义的特殊标识码(3个连续ASCII字符)
13
14
N	...								应用程序自定义数据块 - 一个或多个数据块(Data Sub-Blocks)组成，保存应用程序自己定义的数据
	应用程序数据
	...
N+1	块终结器								lock Terminator - 标识注释块结束，固定值0

文件结尾部分文件终结器(Trailer)

这一部分只有一个值为0的字节，标识一个GIF文件结束.

BYTE	7	6	5	4	3	2	1	0
1	文件终结								GIF Trailer - 标识GIF文件结束，固定值0x3B