TIFF影象檔案格式詳解
1 什麼是TIFF？
TIFF是Tagged Image File Format的縮寫。在現在的標準中，只有TIFF存在， 其他的提法已經捨棄不用了。做為一種標記語言，TIFF與其他檔案格式最大的不同在於除了影象資料，它還可以記錄很多影象的其他資訊。它記錄影象資料的方式也比較靈活， 理論上來說， 任何其他的影象格式都能為TIFF所用， 嵌入到TIFF裡面。比如JPEG， Lossless JPEG， JPEG2000和任意資料寬度的原始無壓縮資料都可以方便的嵌入到TIFF中去。由於它的可擴充套件性， TIFF在數字影響、遙感、醫學等領域中得到了廣泛的應用。TIFF檔案的字尾是.tif或者.tiff
2 TIFF檔案結構
TIFF檔案中的三個關鍵詞是：影象檔案頭Image File Header(IFH)， 影象檔案目錄Image File Directory(IFD)和目錄項Directory Entry(DE)。每一幅影象是以8位元組的IFH開始的， 這個IFH指向了第一個IFD。IFD包含了影象的各種資訊， 同時也包含了一個指向實際影象資料的指標。
IFH的構成：
Byte 0-1: 位元組順序標誌位， 值為II或者MM。II表示小位元組在前， 又稱為little-endian。MM表示大位元組在前，又成為big-endian。
Byte 2-3: TIFF的標誌位，一般都是42
Byte 4-7: 第一個IFD的偏移量。可以在任意位置， 但必須是在一個字的邊界，也就是說必須是2的整數倍。
IFD的構成(0代表此IFD的起始位置)：
Byte 0-1: 表示此IFD包含了多少個DE，假設數目為n
Byte 2-(n*12+1): n個DE
Byte (n*12+2)-(n*12+5): 下一個IFD的偏移量，如果沒有則置為0
DE的構成：
Byte 0-1: 此TAG的唯一標識
Byte 2-3: 資料型別。
Byte 4-7: 數量。通過型別和數量可以確定儲存此TAG的資料需要佔據的位元組數
Byte 8-11: 如果佔用的位元組數少於4， 則資料直接存於此。 如果超過4個，則這裡存放的是指向實際資料的指標
可以用以下的圖來表示(圖來自http://www.cppblog.com/windcsn/archive/2009/03/12/1158.html)
在TIFF6.0中，定義了12種資料型別，分別是：
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.
－個TIFF檔案可能包含多個IFD，每一個IFD都是一個子檔案。Baseline解碼器只要求解第一個IFD所對應的影象資料。擴充套件的TIFF影象經常包含多個IFD，每一個IFD都包含了不同的資訊。
TIF圖一般由三個部分組成：檔案頭（簡稱IFH）、檔案目錄（簡稱IFD）、影象資料。
一、影象檔案頭（Image File Header）
IFH資料結構包含3個成員共計8個位元組（見表一）：
表一 IFH結構描述
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名稱 位元組數 資料型別 說明
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Byteorder 2 Integer TIF標記，其值為4D4D或4949
Version 2 Integer 版本號，其值恆為2A00
Offset to first IFD 4 Long 第一個IFD的偏移量
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表一說明
1.Byteorder：可能是H4D4D或H4949，H4D4D表示該圖是摩托羅拉整數格式，H4949表示該圖是Intel整數格式。
2.Version：總是H2A00，它可能是tif檔案的版本，也可能用於進一步校驗該檔案是否為TIF格式。
3.Offset to first IFD：第一個IFD相對檔案開始處的偏移量（因為可能會有多個順序排列的IFD）。
IFD資料結構並不一定緊跟在IFH後面，相反，它常常位於第三部分影象資料的後面，即TIF影象檔案的一般組織形式是：IFH——影象資料——IFD。
二、影象檔案目錄（Image File Directory）
IFD是TIF影象檔案中重要的資料結構，它包含了三個成員。由於一個TIF檔案中可以有多個影象，而一個IFD只標識一個影象的所有屬性（有的文章把“屬性”稱之為“標籤”），所以，一個TIF檔案中有幾個影象，就會有幾個IFD。IFD的結構見表二：
表二 IFD結構描述
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名稱 位元組數 資料型別 說明
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Directory Entry Count 2 Integer 本IFD中DE的數量
Directory Entry(1) 12 簡稱DE，中文譯義“目錄項”
Directory Entry(2) 12
……
Directory Entry(N) 12
Offset to next IFD 4 Long 下一個IFD的偏移量
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表二說明
1.Directory Entry Count：指出在該IFD中DE的個數；
2.Directory Entry：共12個位元組，結構見表三。需要指出的是，DE的個數是不定的，因為每個DE只標識了影象的一個屬性，那麼這幅影象有N個屬性就會有N個DE，使用者甚至可新增自定義的標記屬性，這就是為什麼稱TIF格式檔案為“可擴充標記的檔案”的原因。
3.Offset to next IFD Or NULL：下一個IFD相對於檔案開始處的位置，這是一個鏈式構成。如果該數字為0，表示已經是最後一個IFD。當然，如果該TIF檔案只包含了一幅影象，那麼就只有一個IFD，顯然這個偏移量也會等於0。
表三 DE結構描述
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名稱 位元組數 資料型別 說明
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tag 2 Integer 本屬性的標籤編號
type 2 Integer 本屬性值的資料型別
length 4 Long 該型別資料的數量
valueOffset 4 Long 屬性值的存放偏移量
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表三說明
由DE標識的影象屬性有：影象的大小、解析度、是否壓縮、畫素的行列數、顏色深度（單色、16色、256色、真彩色）等等。其中：
①tag：是該屬性的標籤編號（TagID），在影象檔案目錄中，它是按照升序排列的（但不一定是連續的）。這些編號在TIF格式官方白皮書中可以查到相應的含義，但遺憾的是，我們到哪兒可以找到官方白皮書呢？所以，筆者只能把網上能找得到資料（再結合自己的實驗結果）羅列出來，見表四。
②type：表示該屬性資料的型別，一般認為TIF官方指定的有5種資料型別（但也有說12種資料型別的）。見表五。
③length：該種類型的資料的個數，而不是某個資料的長度。
④valueOffset：是tagID代表的變數值相對檔案開始處的偏移量，但如果變數值佔用的空間不多於4個位元組（例如只有1個Integer型別的值），那麼該值就直接存放在valueOffset中，沒必要再另外指向一個地方了。
表四 DE中標籤編號的含義
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TagID 屬性名稱 type 說明
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0100 影象寬 0003
0101 影象高 0003
0102 顏色深度 0003 值＝1為單色，＝4為16色，＝8為256色。
如果該型別資料個數＞2個，說明是真彩圖像
0103 影象資料是否壓縮 0003 值＝05表示壓縮
0106 影象是否採用反色顯示0003 值＝01表示反色，否則表示不反色
0111 影象掃描線偏移量 0004 影象資料起始位元組相對於檔案開始處的位置
0116 影象掃描線的數量 0004 表示影象有幾行掃描線，實際上等於影象高度
0117 影象資料位元組總數 0003 如果不是偶數，那麼實際存放時會在後面加0
011A 水平分辯率偏移量 0005 常用計量單位是：畫素/英寸
011B 垂直分辯率 偏移量 0005 常用計量單位是：畫素/英寸
0131 生成該影象的軟體名 0002 文字型別
0132 生成該影象的時間 0002 文字型別
0140 調色盤偏移量 0003 256色和16色影象才有此屬性，而且有連續2個
調色盤，但屬性的length值只表示出1個調色盤
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表四說明
①“水平（垂直）分辯率”是分數型的屬性，其值要佔用8個位元組，所以在valueOffset中存放的肯定是它的具體數值的偏移量，而不是數值本身。
②“生成影象的軟體名稱”和“生成影象的時間”這兩個字元型屬性，它們的值所佔用的空間也會大於4位元組，所以在valueOffset中存放的也是它們的值的偏移量，而不是值本身。
③“影象資料位元組總數”一般是個偶數，如果是奇數，那麼實際存放時會在後面加一個0，但這個0不會計算在位元組總數之內。
表五 DE中的資料型別
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type值 資料型別 說明
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0001 Byte
0002 Ascii 文字型別，7位Ascii碼加1位二進位制0
0003 Integer
0004 Long
0005 RATIONAL 分數型別，由兩個Long組成，第1個是分子，第2個是分母
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三、影象資料。這些資料可能是壓縮的，也可能是未壓縮的。如果經過壓縮，那麼壓縮演算法又有許多種，所以，影象資料是TIF檔案中最為複雜的部分，暫還沒有哪個軟體能譯出所有的壓縮演算法。
四、一個 Tif 檔案的例項
讓我們自己動手做一個實驗，以加深理性認識。
用系統自帶的畫圖程式新建一個17*15的白色影象，另存為TIF檔案，它的全部資料如下（因裝置差異你的資料也許會有些微不同）：
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
簡要分析（請注意轉換16進位制資料時，低位在前，高位在後）：
0000－0007：檔案頭，可以看出，該圖是Intel整數格式，第一個IFD的偏移量為4E。
0008－0037：影象資料。注意最後那個0是補加的，它沒有統計在“影象資料位元組總數”屬性值中。
0038－003F：水平分辯率值。
0040－0047：垂直分辯率值。
0048－004D：顏色深度值。
004E－0107：第一個IFD。Directory Entry Count的值（004E－004F）為F，表示這個IFD中有15個DE，每個DE佔用12位元組，15個DE共佔用180位元組，加上Directory Entry Count佔用的2位元組，再加上
Offset to next IFD佔用的4位元組，這個IFD共佔用186位元組，換算為16進位制就是BA，所以，它的資料結束於0107。Offset to next IFD的值（最後4個位元組）均為0，表示整幅影象檔案只有這一個IFD。其中15個DE的描述見表六。
表六 一個Tif檔案例項的DE描述
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順號 偏移量 TagID Type length valueOffset 說明
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1 0050 00FE Long 1 00 未知屬性值＝0
2 005C 0100 Integer 1 11 影象寬為17畫素（10進位制）
3 0068 0101 Integer 1 0F 影象高為15畫素（10進位制）
4 0074 0102 Integer 3 48 影象為真彩色，其值存放在48－4D
5 0080 0103 Integer 1 05 影象資料是壓縮的
6 008C 0106 Integer 1 02 影象不反色顯示
7 0098 0111 Long 1 08 影象資料起始位元組為8
8 00A4 0115 Integer 1 03 未知屬性值＝3
9 00B0 0116 Long 1 0F 影象掃描線有15行
10 00BC 0117 Long 1 2F 影象共有47個位元組的壓縮資料
11 00C8 011A RATIONAL 1 38 水平分辯率存放在38－3F
12 00D4 011B RATIONAL 1 40 垂直分辯率存放在40－47
13 00E0 011C Integer 1 01 未知屬性值＝1
14 00EC 0128 Integer 1 02 未知屬性值＝2
15 00F8 013D Integer 1 01 未知屬性值＝1
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表六說明
①水平分辯率值存放在0038－003F，佔用8個位元組，這8個位元組是：60 00 00 00 01 00 00 00。由於它是分數型別，前4個位元組是分子，其值為60000000，轉換為10進位制就是96，後4個位元組是分母，其值是10000000，轉換為10進位制就是1，所以，分數值是：96/1，它表示每英寸96畫素。
②垂直水平分辯率值存放在0040－0047，請參照①進行分析。
③顏色深度屬性，它有3個Integer型別的值，共計6位元組，所以valueOffset中存放的也是其值的偏移量。它的屬性值存放在0048－004D，3個整形資料值都為8，表示這是一幅24位真彩色的影象。
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